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Département Temps Fréquence
Institut FEMTO-ST UMR 6174
ENSMM
26, Chemin de l’Epitaphe
25000 Besançon
Résonateurs à ondes acoustiques de volume piégées à très basses températures :
applications
Un programme d’étude du comportement aux températures cryogéniques de résonateurs
acoustiques à piégeage d’énergie est mené au département Temps-Fréquence. Il a notamment
révélé des coefficients de qualité encore jamais atteints, pouvant dépasser le milliard de
quelques dizaines à quelques centaines de mégahertz avec des résonateurs en quartz à 4K.
Un tel comportement ouvre des perspectives 1) dans le domaine des sources de fréquence
ultra-stables, le cœur de métier du dépt. TF de FEMTO-ST, 2) pour des investigations de
physique fondamentale. Des mesures ont été poussées à 20mK dans le cadre d’une
collaboration avec des collègues australiens de UWA 1 et ont montré qu’un nombre de
phonons inférieur à 10 peut ainsi être obtenu : c’est une première étape d’approche
déterminante vers l’état quantique fondamental du résonateur. Des échanges existent aussi
avec l’équipe Optomécanique et mesures quantiques du LKB qui, comme l’équipe
australienne, cherche à atteindre ce régime de comportement quantique d’un résonateur
mécanique par couplage d’une onde électromagnétique.
Le travail de thèse proposé s’inscrit dans ce contexte, dans la poursuite des actions entamées,
mais aussi en s’élargissant vers les points suivants. La qualification du matériau - du quartz en
particulier mais d’autres candidats sont aussi à envisager - dont les propriétés sont parfois
inconnues ou mal connues à ces températures : sensibilité à la température des coefficients
élastiques, par exemple, pour identifier une coupe compensée, indispensable à une
optimisation pour sources de fréquence ultra-stables. Sera notamment évaluée, l’excitation
optique du résonateur mécanique (avec asservissement de la source laser), sachant qu’une
puissance inférieure au nanowatt suffit à l’entretien de la vibration. L’exploitation des
propriétés du matériau pour des applications en cavité optique à dilatation minimisée ou
optomécanique sont également à envisager à très basses températures. Tant pour l’aspect
métrologie que pour les applications envisagées, toute la chaîne optoélectronique reste à
concevoir et à monter, en coordination et avec l’expertise du LKB si besoin.
Contacts :
Serge Galliou (FEMTO) [email protected], tel 03 81 40 28 39
Mike Tobar (UWA) [email protected]
Samuel Deléglise (LKB) [email protected], tel 01 44 27 43 89
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UWA, The University of Western Australia, Perth