– SUPERNEMS

Les nano-résonateur mécaniques ouvrent un champ d’exploration sans précédent au physicien du solide : en effet, de par leur faible masse et leur grande rigidité, ceux-ci ont intrinsèquement des fréquences propres de résonance très élevées, ce qui en fait des candidats idéals pour explorer le domaine de la mécanique quantique. Par ailleurs, on peut aussi envisager de coupler de tels systèmes à d’autres composants de la nanoélectronique du futur, comme les « bits quantiques » qui présentent eux aussi des propriétés spectaculaires de cohérence quantique. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de mettre au point des nano-résonateurs mécaniques fabriqués à partir de diamant supraconducteur (supernems), et ce dans le but d’une part d’explorer le régime quantique de la nano-mécanique, mais aussi d’étudier les applications potentielles de tels systèmes. Ce programme ambitieux s’appuiera sur une forte synergie entre les différents partenaires du projet, dont les compétences couvrent tous les domaines nécessaires à cette thématique depuis la croissance du diamant dopé jusqu’à la mesure de la réponse mécanique du résonateur à très basse température, sans oublier le développement des processus de nanofabrication d’objets suspendus et les simulations numériques du comportement de ces nano-objets. La croissance de film de diamant supraconducteur nanocristallin (ncBDD) ou monocritallin (scBDD) sera réalisé à l’Institut Néel en utilisant les techniques récemment mises au point dans ce domaine : ce matériau possède la remarquable propriété de posséder à la fois une température critique raisonnable (entre 1 et 6 kelvins) et un champ critique relativement élevé (de l’ordre de plusieurs teslas). Des nano-poutres seront ensuite fabriquées soit par des techniques « conventionnelles » de nanolithographie, soit par de moyens plus prospectifs, comme par exemple une implantation d’ions suivie de procédé de type « smart cut ». La mise au point de ces procédés de fabrication seront bien sûr du plus grand intérêt du point de vue des applications de la nanomécanique ; d’un point de vue plus fondamental, nous nous proposons d’utiliser les propriétés remarquables du diamant (faible masse et grande rigidité) pour obtenir des poutres dont la fréquence propre de résonance soit dans le domaine du gigaHertz, et ainsi être en mesure d’approcher le régime de la nano-mécanique quantique en refroidissant le système dans la gamme du millikelvin. La détection, elle, sera réalisée soit « classiquement » en utilisant le couplage électro-moteur entre la poutre et un champ magnétique, mais on envisage aussi de réaliser des micro-squids en diamant, ce qui permettra de détecter les déplacements avec une sensibilité inégalée.