Des physiciens ont proposé un nouveau moyen de contrôler la propagation du son à l'échelle nanométrique. Ils ont mis en évidence de nouveaux moyens de piéger le son à l'interface entre deux chaînes de nano-résonateurs.
La topologie offre de nouveaux degrés de liberté pour contrôler les excitations fondamentales dans les systèmes périodiques, en fonction des propriétés géométriques. Le modèle Su-Schrieffer-Heeger (SSH) est probablement le concept unidimensionnel le plus simple pour étudier les phases topologiques non triviales et les excitations topologiques.
Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies - C2N (CNRS / Université Paris Sud) ont proposé un nouveau moyen de contrôler la propagation des vibrations mécaniques à l'échelle nanométrique. Ils ont développé un schéma simple pour confiner le son dans la gamme des 100 GHz, basé sur l'utilisation d'invariants topologiques. En attachant des nanorésonateurs acoustiques individuels et en déterminant la manière dont ils échangent de l'énergie, ce travail met en évidence de nouvelles façons de piéger le son à l'interface entre deux chaînes de résonateurs. Leurs travaux sont publiés dans Physical Review B - Rapid Comm.
En couplant des réseaux de nanocavités acoustiques à semi-conducteurs, ils proposent une implémentation du modèle Su-Schrieffer-Heeger (SSH) permettant de concevoir des états de bords acoustiques et d'interfaces robustes contre les défauts de fabrication. Ce phénomène topologique n'est pas propre au son mais partagé avec d'autres phénomènes d'ondes tels que la lumière et les fonctions d'onde électroniques. Dans les systèmes électroniques, les études expérimentales des propriétés topologiques reposent sur des matériaux et des structures naturellement existants. En nanophononique, les blocs de construction sont créés artificiellement, ce qui permet d'explorer un plus grand espace de paramètres. Alors que l'accès aux détails de la dynamique de ces modes confinés est difficile pour la lumière et les électrons, un moyen simple de sonder la fonction d'onde complexe spatiale dans des réseaux de nanocavités acoustiques est également proposé, basé sur des mesures optiques ultra-rapides. En résumé, un nouveau phénomène de confinement acoustique a été proposé, qui peut fournir des informations sur la dynamique d'autres systèmes topologiques à l'état solide.
Enfin, les expériences opto-acoustiques proposées pourraient même ouvrir la voie à de nouvelles façons de contrôler d’autres excitations à l’état solide, telles que les excitons ou les ondes de spin par vibrations topologiquement confinées.
Références :
Topological acoustics in coupled nanocavity arrays,
M. Esmann, F. R. Lamberti, A. Lemaître, et N. D. Lanzillotti-Kimura
Phys. Rev. B 98, 161109 – Rapid Communications (Octobre 2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.161109
- Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS/Université Paris-Sud)
Contacts :
- Martin Esmann, Post-Doc au C2N
- Daniel Lanzillotti Kimura, chargé de recherche CNRS au C2N
Figure : Représentation schématique de deux réseaux de nanorésonateurs confinant un mode topologique à l'interface. Grâce à des impulsions laser ultrarapides, ces modes peuvent être excités et détectés. Crédit Esmann/C2N.
