A optomecânica da cavidade permite o controle do movimento mecânico por meio da interação radiação-pressão e tem contribuído para o controle quântico de sistemas mecânicos projetados que vão desde espelhos do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO) em escala de quilograma até sistemas nanomecânicos. No entanto, quase todos os esquemas anteriores usaram sistemas optomecânicos de modo único ou de poucos modos.
As principais pesquisas teóricas projetaram que as redes optomecânicas podem acessar físicas substancialmente mais complexas e dinâmicas únicas, como dinâmica coletiva quântica e fenômenos topológicos. No entanto, a criação de redes optomecânicas que possam suportar numerosos graus de liberdade ópticos e mecânicos acoplados e a duplicação experimental de tais dispositivos sob controle rígido tem se mostrado difícil.
A primeira rede optomecânica de circuito supercondutor em grande escala e reconfigurável que pode resolver os problemas de escala de sistemas optomecânicos quânticos foi criada por cientistas no laboratório de Tobias J. Kippenberg na Escola de Ciências Básicas da EPFL. A equipe realizou uma rede de grafeno tensionada optomecanicamente e usou métodos de medição de ponta para examinar estados de borda topológica não triviais.
Um “capacitor de bateria com intervalo de vácuo”, também um componente crítico do único local da rede, é composto por uma fina película de alumínio pendurada sobre uma vala em um substrato de silício. Isso constitui o componente vibratório do dispositivo e cria simultaneamente um circuito ressonante de micro-ondas com um indutor espiral.
Amir Youssefi, que liderou o projeto, disse: “Desenvolvemos uma nova técnica de nanofabricação para sistemas optomecânicos de circuitos supercondutores com alta reprodutibilidade e tolerâncias extremamente restritas nos parâmetros dos dispositivos individuais. Isso nos permite tornar os diferentes locais virtualmente idênticos, como em uma rede natural.”
É bem conhecido que a rede de grafeno apresenta características topológicas não triviais e estados de borda localizados. Esses estados foram observados no que os cientistas chamam de “floco optomecânico de grafeno” composto por vinte e quatro manchas.
Andrea Bancora, que contribuiu para a pesquisa, disse: “Graças ao kit de ferramentas optomecânicas integrado, pudemos criar imagens diretas e não perturbativas dos modos eletromagnéticos coletivos em tais redes. Esta é uma característica única desta plataforma.”
Sua nova plataforma oferece um ambiente de teste confiável para a pesquisa de física topológica em redes unidimensionais e bidimensionais, conforme demonstrado pelos resultados da equipe, que correspondem de perto às previsões teóricas.
Shingo Kono outro membro da equipe de pesquisa dito, “Ao ter acesso aos níveis de energia e às formas modais dessas excitações coletivas, fomos capazes de reconstruir todo o hamiltoniano subjacente do sistema, permitindo pela primeira vez a extração completa da desordem e das forças de acoplamento em uma rede supercondutora.”
Jornal de referência:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. et al. Redes topológicas realizadas em optomecânica de circuitos supercondutores. Natureza 612, 666-672 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
