– NEMESIS

Contexte scientifique et objectifs du projet L'état de l'art des techniques de fabrication permet de fabriquer des dispositifs électromécaniques à l'échelle nanométrique (NEMs : systèmes Nano ElectroMécaniques). Les NEMs peuvent être utilisés comme détecteurs ultra rapides et ultra sensibles de masse, de charge et de force. Ils sont très prometteurs à la fois pour des applications technologiques et fondamentales. A l'échelle nanométrique, il est possible d'observer de nouveaux effets. Par exemple, il a été proposé qu'un petit îlot métallique libre d'osciller entre deux électrodes pourrait devenir mécaniquement instable sous certaines conditions. L'îlot se comporterait alors comme une navette transférant les électrons entre les électrodes, son oscillation serait forcée par une différence de potentiel constante, appliquée entre les électrodes. Les progrès futurs dans ce domaine viendront d'une maîtrise accrue des techniques expérimentales, ainsi que d'une meilleure compréhension du couplage entre les degrés de liberté mécaniques et électroniques à l'échelle nanométrique. Le but de notre projet est de créer une équipe mixte théorique et expérimentale pour développer ce domaine de recherche qui est encore très peu étudié en France. La partie principale de ce projet est théorique. D'un point de vue théorique, de nombreuses questions doivent être abordées. En général, l'étude du couplage entre le mouvement mécanique et le transport électronique à l'échelle nanométrique est un sujet complètement nouveau. Le couplage électrons-phonons est un sujet très bien compris et étudié en détail dans les solides, mais la physique devient très différente dans les dispositifs où la taille réduite des parties mobiles affaiblit l'écrantage et augmente la rétroaction de l'oscillation sur les propriétés de transport. L'objectif principal de ce projet est d'étudier d'un point de vue théorique et expérimental les propriétés de transport des NEMs. A l'heure actuelle, il n'existe pas de théorie générale du transport à l'échelle nanométrique en présence d'une oscillation mécanique. Dans le déroulement du projet, notre choix sera de considérer des systèmes particuliers pour leur intérêt expérimental et d'étudier leurs propriétés de transport. La solution de ces problèmes sera d'un intérêt immédiat pour la compréhension des résultats expérimentaux. Elle fournira aussi des pistes sur la façon de construire une théorie plus générale du transport dans les NEMs. Description du projet, méthodologie, résultats attendus Plus précisément, nous considérerons trois systèmes d'un point de vue théorique : 1. Nous considérerons une navette de charge supraconductrice pour laquelle nous nous attendons à une physique nouvelle lorsque la fréquence Josephson s'accorde à la fréquence de résonance de la partie mécanique. Dans ce but, nous prévoyons (i) d'étudier l'instabilité mécanique de cette navette, (ii) de calculer le courant et le bruit, (iii) d'établir un test qui pourrait être utilisé pour démontrer l'enchevêtrement au cours du transport de charge. 2. Nous considérerons l'effet d'une modulation de la charge dans une tige suspendue (soit un nanotube de carbone, soit un nanofil diffusif). Nous procéderons en déterminant la résonance mécanique (i) pour une tige entre des électrodes métalliques normales en présence d'une différence de potentiel alternée, (ii) pour une tige entre des électrodes supraconductrices en présence d'une différence de potentiel constante (effet Josephson alterné). 3. Nous considérerons l'effet de la diffusion des charges électriques et des champs électromagnétiques à l'intérieur d'un corps élastique à l'échelle nanométrique. La partie expérimentale du projet consistera en la réalisation d'un résonateur nanomécanique à partir d'un nanotube de carbone suspendu entre deux électrodes supraconductrices. Les nanotubes sont des matériaux idéaux pour fabriquer des dispositifs nanomécaniques. Ils sont extrêmement rigides et leurs propriétés électroniques sont remarquables. De plus, le partenaire expérimental de l'équipe a récemment mesuré un courant Josephson à travers un nanotube de carbone. Dans ce cas précis, la mesure de la caractéristique courant-tension sera utilisée (avec l'aide des prédictions théoriques) pour détecter le mouvement du tube. Pour effectuer ce programme de recherche, nous demandons un soutien en termes d'un contrat de post-doctorant (24 mois), de matériel informatique et d'équipement expérimental.