Les phonons acoustiques à haute fréquence brisent le paradigme des "méchants" de la physique de l'état solide et prennent la tête de la révolution des nanotechnologies.
La nanophononique, un domaine de la nanotechnologie en plein essor, est l'étude des phonons acoustiques - les vibrations acoustiques à ultra-haute fréquence des atomes dans un réseau - à l'échelle nanométrique. Ces vibrations ne sont généralement pas bien vues dans la physique de l'état solide car elles sont considérées comme une source de décohérence dans les systèmes électroniques et quantiques. Toutefois, de récents développements dans ce domaine ont mis en lumière l'hyper (frequences supérieures à 1 GHz). Les ondes acoustiques modulent les propriétés physiques d'un système à l'état solide qui dépend de la position relative des atomes, et elles ont donc une forte interaction avec d'autres excitations à l'échelle nanométrique, par exemple les électrons, les photons et les magnons. L'ingénierie des phonons acoustiques et de leurs interactions a le potentiel de révolutionner un large éventail d'industries, y compris la science des matériaux, l'optoélectronique et les technologies quantiques.
Une équipe de chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS, Université Paris-Saclay) dirigée par le Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura a présenté un article de perspective dans Applied Physics Letters (sélectionné par l'éditeur dans les catégories Featured, Scilight et en couverture de l'édition), qui met l'accent sur la recherche de pointe dans ce domaine. "Dans cette perspective, nous avons mis en lumière certaines des découvertes récentes sur la manipulation et le contrôle des phonons acoustiques à haute fréquence et de leurs interactions à l'aide d'une variété de nanostructures", a déclaré Daniel Lanzillotti-Kimura. Les auteurs souhaitent également attirer un public plus large dans ce domaine. "Nous sommes convaincus qu'avec cette perspective, nous pourrons attirer l'attention de la communauté scientifique sur le potentiel des phonons acoustiques à haute fréquence dans la gamme des GHz", complète Lanzillotti-Kimura.
Les auteurs sont optimistes et pensent qu'en relevant certains défis du domaine, tels que l'absence de transducteurs standard pour le contrôle efficace des interactions des phonons avec d'autres excitations, un certain nombre d'applications technologiques tireront parti des domaines de la nanophononique. "Le fait que nous puissions manipuler et concevoir des ondes acoustiques de quelques nanomètres de longueur d'onde est surprenant et ouvre des possibilités infinies", a déclaré Priya Priya. Ils ont tracé une feuille de route des voies prometteuses de ces domaines émergents, tels que les dispositifs de détection reconfigurables, le traitement des données et la communication quantique. "Nous voyons trois voies passionnantes : contrôler la propagation des phonons pour interfacer différents systèmes à l'état solide, commencer à jouer avec des structures nanoacoustiques dynamiques réagissant à des stimuli externes, et augmenter la fréquence de nos dispositifs à quelques dizaines de gigahertz pour entrer dans le régime quantique à des températures cryogéniques standard", complète Daniel Lanzillotti-Kimura.
Figure : Schematics of interfacing different solid-state platforms via acoustic phonons. The physical system with engineered properties to couple with acoustic phonons (left disk), after excitation, transfers information to another system (right disk) via coherent acoustic phonons, which can be accessed, e.g., optically.
Source : Perspectives on high-frequency nanomechanics, nanoacoustics, and nanophonics, par Priya Priya, Edson Rafael Cardozo de Oliveira, et Norberto Daniel Lanzillotti-Kimura, Applied Physics Letters (2023).
DOI : https://doi.org/10.1063/5.0142925
Affiliations
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Universite Paris-Saclay, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120 Palaiseau, France
Contact : Daniel Lanzilloti Kimura
