Cơ học quang học khoang cho phép điều khiển chuyển động cơ học thông qua tương tác áp suất bức xạ và đã góp phần kiểm soát lượng tử của các hệ cơ học được thiết kế khác nhau, từ gương quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) quy mô kilogam cho đến các hệ thống cơ nano. Tuy nhiên, gần như tất cả các chương trình trước đây đều sử dụng hệ thống cơ quang đơn hoặc vài chế độ.
Nghiên cứu lý thuyết hàng đầu đã dự đoán rằng các mạng quang cơ có thể tiếp cận các cơ chế vật lý phức tạp hơn và các động lực học độc đáo hơn, chẳng hạn như động lực tập thể lượng tử và các hiện tượng topo. Tuy nhiên, việc tạo ra các mạng cơ quang có thể hỗ trợ nhiều bậc tự do cơ học và quang học kết hợp và sao chép các thiết bị đó bằng thực nghiệm dưới sự kiểm soát chặt chẽ đã tỏ ra khó khăn.
Mạng quang cơ học mạch siêu dẫn quy mô lớn và có thể cấu hình lại đầu tiên có thể giải quyết các vấn đề mở rộng quy mô của hệ thống cơ quang lượng tử đã được các nhà khoa học trong phòng thí nghiệm của Tobias J. Kippenberg tại Trường Khoa học Cơ bản của EPFL tạo ra. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mạng graphene bị biến dạng cơ học và sử dụng các phương pháp đo tiên tiến để kiểm tra các trạng thái cạnh tôpô không tầm thường.
“Tụ điện đầu trống có khe hở chân không”, cũng là một thành phần quan trọng của một vị trí của mạng, bao gồm một màng nhôm mỏng treo trên rãnh trong một chất nền silicon. Điều này tạo nên thành phần rung của thiết bị và đồng thời tạo ra mạch vi sóng cộng hưởng với một cuộn cảm xoắn ốc.
Amir Youssefi, người đứng đầu dự án, cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một kỹ thuật chế tạo nano mới cho các hệ thống cơ quang mạch siêu dẫn với khả năng tái tạo cao và dung sai cực kỳ chặt chẽ đối với các thông số của từng thiết bị. Điều này cho phép chúng tôi tạo ra các vị trí khác nhau gần như giống hệt nhau, giống như trong một mạng lưới tự nhiên.”
Người ta biết rằng mạng graphene hiển thị các đặc điểm tôpô không tầm thường và trạng thái cạnh cục bộ. Những trạng thái này được nhìn thấy trong cái mà các nhà khoa học gọi là “mảng graphene cơ học” được tạo thành từ 24 điểm.
Andrea Bancora, người đóng góp cho nghiên cứu, cho biết: “Nhờ có bộ công cụ cơ quang tích hợp, chúng tôi có thể ghi lại hình ảnh trực tiếp và không nhiễu loạn các hình dạng chế độ điện từ tập thể trong các mạng như vậy. Đây là một tính năng độc đáo của nền tảng này.”
Nền tảng mới của họ cung cấp một nền tảng thử nghiệm đáng tin cậy để nghiên cứu vật lý tôpô trong mạng một và hai chiều, như đã được chứng minh bằng kết quả của nhóm, chúng rất khớp với các dự đoán lý thuyết.
Shingo Kono, một thành viên khác của nhóm nghiên cứu, nói, “Bằng cách tiếp cận cả mức năng lượng và hình dạng mode của các kích thích tập thể này, chúng tôi đã có thể tái tạo lại toàn bộ Hamiltonian cơ bản của hệ thống, cho phép khai thác toàn bộ sự rối loạn và cường độ ghép nối trong mạng siêu dẫn lần đầu tiên.”
Tạp chí tham khảo:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. và cộng sự. Mạng cấu trúc liên kết được thực hiện trong cơ học quang học mạch siêu dẫn. Thiên nhiên 612, 666–672 (năm 2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
