Une équipe de chercheurs du C2N a démontré la propagation d’ondes acoustiques ultra-haute fréquence (UHF) à faible vitesse à travers un guide d'onde phononique suspendu en GaAs. La démonstration expérimentale d'une vitesse de groupe inférieure à 1000 m/s va rendre possible une implémentation de retard supérieur à 1 ns / µm de manière compacte et totalement intégrée.
Ces dernières années, grâce à leurs excellentes performances de bruit de phase et leur stabilité en fréquence, les oscillateurs optoélectroniques (OEO) ont joué un rôle important dans les systèmes de télécommunication et de navigation. La mise en place de fibres optiques kilométriques dans une boucle de rétro-action permet d’obtenir ces caractéristiques. Ceci permet une introduction d’un retard pour la stabilisation des oscillations mais, dans le même temps, limite la compacité de l’ensemble et expose le système à des perturbations environnementales. Les oscillateurs optomécaniques (OMO) ont récemment émergé comme des systèmes ultra-compacts capables d'obtenir des oscillations directement dans le GHz. Au cœur de ce système se trouve un cristal optomécanique de taille micrométrique dans lequel il est possible de confiner à la fois les photons et les phonons. Un tel système est capable de générer des oscillations mécaniques directement dans le régime des ultra-hautes fréquences (UHF) avec une lecture optique intégrée. Même si ces derniers ont montré une meilleure compacité, l'absence d’une boucle de rétroaction empêche les OMOs d'atteindre des performances de bruit de phase similaires aux OEOs.
Une équipe de chercheurs du C2N a récemment étudié une nouvelle manière d'introduire un retard dans les nano-systèmes en jouant sur les propriétés acoustiques de membranes réalisées à partir de semi-conducteurs piézoélectriques III-V. En adaptant la dispersion acoustique d'un guide d'onde phononique en GaAs et en utilisant deux transducteurs acoustiques interdigités (IDT) en configuration émetteur - récepteur, il a été possible de montrer une propagation acoustique lente d'un mode mécanique dans le régime UHF.
En s'inspirant du réseau Kagome, un guide d'onde à cristal phononique suspendu, capable de confiner un mode unique à 2 GHz, a été conçu et testé. La transmission et le filtrage de plusieurs ondes acoustiques dans le GHz sont démontrés dans ce système totalement intégré en prenant avantage de l'effet piézoélectrique en GaAs.
Ajouté à cela, des mesures dans le domaine temporel ont permis de mettre en avant la faible vitesse de groupe (inférieure à 1000 m/s) du mode acoustique transmis. Ces résultats montrent que l’implémentation d'un retard supérieur à 1 ns / µm de manière compacte et totalement intégrée est à portée de main.
Le dispositif acoustique proposé pourra être exploité et intégré dans des dispositifs micro- ou nanométrique dans le cadre d’applications en télécommunications, en navigation et en métrologie dans lesquels une boucle de rétro-action est indispensable, afin d'augmenter leurs performances.
Référence :
Slow propagation of 2 GHz acoustical waves in a suspended GaAs phononic waveguide on insulator
G. Modica1, R. Zhu1, R. Horvath1, G. Beaudoin1, I. Sagnes1 and R. Braive1,2
Appl. Phys. Lett. 117, 193501 (2020)
1. Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies; CNRS, Université Paris saclay
2. Université de Paris
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0019949
Contact:
Rémy Braive, Assistant Professor Université de Paris at C2N
Figure: (a) Schéma du système étudié. Encart: vue en coupe de la structure. (b) Image (vue de dessus) en microscopie à balayage du guide d'ondes phononique suspendu fabriqué et des IDT (fausse couleur) en jaune. (c) Measure de transmission à 2 GHz (en rouge) dans la configuration émetteur - récepteur .
