Nano-optomécafluidique – NOFX2015

Ce projet propose de développer un nouveau concept « nano-optomécafluidique », dont le principe original repose sur le couplage entre un faisceau laser fortement focalisé and les vibrations d’un nano-canal suspendu de très grand facteur de qualité mécanique. Ce concept est extrêmement prometteur, et bénéficiera simultanément et de manière significative aux deux domaines émergents de la nano-optomécanique et de la nanofluidique.

D’abord, le nano-fluide peut servir à contrôler des paramètres clefs de l’interaction nano-optomécanique (tels que l’indice de réfraction, l’absorption etc…). Cet aspect est essentiel dans le contexte de l’exploration des limites de sensibilité du couplage nano-optomécanique et des mécanismes d’action-en-retour qui y sont associés, et qui demeurent largement mal connus à l’heure actuelle. De plus, le nano-canal peut également être utilisé pour y injecter des particules optiquement actives (molécules, nano-diamants, boites quantiques colloïdales…), qui peuvent ensuite être piégées grâce à la géométrie de pince optique du système expérimental envisagé, formant ainsi un « système hybride nano-optomécanique quantique ». Outre une efficacité de chargement bien supérieure vis-à-vis des méthodes existantes, cette configuration permet de diminuer de manière significative la puissance de piégeage requise, grâce à la force de rappel intrinsèque du nano-canal. Ceci représente un avantage important dans la perspective d’observer le régime quantique des systèmes hybrides nanomécaniques.

D’autre part, la sensibilité exceptionnelle du couplage nano-optomécanique peut être utilisée afin de mesurer en temps réel les propriétés du nanofluide. La méthode de couplage envisagée dans le cadre de ce projet a en effet permis de démontrer récemment qu’elle permet de mesurer les fluctuations thermodynamiques de nano-objets à haute fréquence et sur une très large bande passante. Ces propriétés exceptionnelles représente une immense avantage dans la perspective de suivre l’évolution de paramètres clefs du nanofluide tels que sa température, sa densité, sa viscosité, etc…, avec une résolution temporelle jamais vue auparavant, avec des conséquences extrêmement prometteuses pour des applications de détection ultra-sensibles multifonctions, notamment en vue de mesures de milieux biologiques. En outre, il a été récemment démontré que les résonateurs nanomécaniques peuvent être utilisés de sorte qu’ils deviennent spatialement sensibles aux changements de leurs environnements. Transposés aux nano-canaux envisagés dans le cadre de NOFX2015, ces stratégies de mesures avancées permettront de suivre directement et en temps réel des particules uniques se déplaçant à l’intérieur du nano-capillaire, ce qui correspondra à la première mesure locale de transport de particules unique à l’échelle nano.

Le projet associera les expertises complémentaires de 3 jeunes chercheurs spécialisés en nano-optomécanique (Coordinateur, MCF), nanofluidique (Participant, CR2) et nano-fabrication (Participant, IR).