Een plug-and-play benadering van geïntegreerde nanoakoestiek

Van strakke snaren die in muziekinstrumenten trillen tot micro-elektromechanische systemen voor opto-elektronica, trillingen dekken een breed scala aan toepassingen. Op nanoschaal stelt de studie van mechanische trillingen verschillende uitdagingen en opent een vrijwel oneindige speelplaats voor nanotechnologieën. Opwindende potentiële voordelen van gecontroleerde trillingen in het GHz-THz-frequentiebereik zijn onder meer beter thermisch transportbeheer, nieuwe kwantumakoestische technologieën, verbeterde opto-elektronische apparaten en de ontwikkeling van nieuwe sensoren op nanoschaal.

De standaard optische technieken die worden gebruikt om deze trillingen te genereren, detecteren en manipuleren, hebben echter te kampen met mechanische stabiliteitsproblemen, beperkte reproduceerbaarheid van experimentele resultaten en vereisen gewoonlijk grote optische vermogensdichtheden die veel monsters niet kunnen weerstaan. Onderzoekers van het Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS / University Paris Saclay) en Quandela SAS, hebben een nieuwe strategie voorgesteld die deze problemen tegelijkertijd oplost door vezelsystemen te integreren in pompsonde-experimenten, waarbij complexe optische uitlijningsprotocollen worden vervangen door een plug -en-play-apparaat.

De onderzoekers testten de nieuwe aanpak met een single-mode vezel die op een opto-fononische micropilaar werd gelijmd. Ze realiseerden pompsonde-experimenten zonder de noodzaak van verdere optische uitlijning buiten het aansluiten van glasvezelconnectoren door de optische modus van de micropilaar ruimtelijk te overlappen met de kern van de vezel en ze aan elkaar te lijmen. Een cruciale vereiste bij experimenten met pompsonde is om uitsluitend de sondebundel te detecteren en elke bijdrage van de pompstraal op de optische detector te weigeren. De gebruikelijke manier om deze voorwaarde te bereiken, is het gebruik van kruisgepolariseerde pomp- en sondebundels. Om de polarisatierotatie als gevolg van de single-mode-vezel te overwinnen, combineerden de onderzoekers hun vezelbenadering met optische polarisatiecontrole, wat resulteerde in een vezelig kruispolarisatieschema. Het vezelige apparaat maakt stabiele pompsonde-signalen mogelijk gedurende meer dan veertig uur en kan werken bij zeer lage excitatievermogens onder 1mW om trillingen op nanoschaal te detecteren. Het werk is gepubliceerd in Applied Physics Letters.

De optofononische micropillaire vezel vormt een sterk verbeterd platform voor reproduceerbare plug-and-play pompsonde-experimenten in individuele microstructuren. Het heft de noodzaak op van complexe optische opstellingen om in microstructuren te koppelen. Bovendien maken de aangetoonde stabiliteit en het gemak van een glasvezelconnector als het enige noodzakelijke element om een ​​monster te koppelen aan een bestaande experimentele opstelling het transporteerbaar en maakt het mogelijk om consistente metingen te verkrijgen met hetzelfde apparaat in elk laboratorium ter wereld. Deze resultaten tonen de synergie aan die aanwezig is op het C2N, waar gezamenlijke inspanningen van internationaal toonaangevende nanofabricage-faciliteiten, onderzoeksgroepen en particuliere bedrijven een opmerkelijke impact hebben in de wetenschappelijke wereld.