Description du projet
Les oscillations des nanofils nous aident à déceler les interactions entre particules
Les oscillations mécaniques sont des fluctuations périodiques de la position d’un objet par rapport à son centre d’équilibre, l’exemple classique étant une masse fixée sur un ressort. Les caractéristiques des oscillations ainsi que les propriétés connues de l’oscillateur lui-même nous permettent de dégager des informations sur la force responsable des oscillations. Les oscillateurs mécaniques à l’échelle nanométrique ont trouvé des applications importantes en tant que capteurs. De récents travaux ont abouti à une sensibilité sans précédent à température ambiante et à la capacité de détecter les interactions électrons-électrons à l’aide de nanofils semi-conducteurs et d’une lecture optique. Grâce au financement communautaire du projet Atto-Zepto, les scientifiques à l’origine de cet exploit l’appliquent désormais à de nombreux phénomènes. Ils vont également l’insérer dans une microcavité optique pour offrir des capacités de détection monophotonique et d’exploration des effets quantiques des interactions lumière-matière.
Objectif
By enabling the conversion of forces into measurable displacements, mechanical oscillators have always played a central role in experimental physics. Recent developments in the PI group demonstrated the possibility to realize ultrasensitive and vectorial force field sensing by using suspended SiC nanowires and optical readout of their transverse vibrations. Astonishing sensitivities were obtained at room and dilution temperatures, at the Atto- Zepto-newton level, for which the electron-electron interaction becomes detectable at 100µm.
The goal of the project is to push forward those ultrasensitive nano-optomechanical force sensors, to realize even more challenging explorations of novel fundamental interactions at the quantum-classical interface.
We will develop universal advanced sensing protocols to explore the vectorial structure of fundamental optical, electrostatic or magnetic interactions, and investigate Casimir force fields above nanostructured surfaces, in geometries where it was recently predicted to become repulsive. The second research axis is the one of cavity nano-optomechanics: inserting the ultrasensitive nanowire in a high finesse optical microcavity should enhance the light-nanowire interaction up to the point where a single cavity photon can displace the nanowire by more than its zero point quantum fluctuations. We will investigate this so-called ultrastrong optomechanical coupling regime, and further explore novel regimes in cavity optomechanics, where optical non-linearities at the single photon level become accessible. The last part is dedicated to the exploration of hybrid qubit-mechanical systems, in which nanowire vibrations are magnetically coupled to the spin of a single Nitrogen Vacancy defect in diamond. We will focus on the exploration of spin-dependent forces, aiming at mechanically detecting qubit excitations, opening a novel road towards the generation of non-classical states of motion, and mechanically enhanced quantum sensors.
Champ scientifique
- natural sciencesphysical sciencesopticscavity optomechanics
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- natural sciencesmathematicspure mathematicsgeometry
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
75794 Paris
France