Des chercheurs de l’EPFL ont démontré que placer des matériaux isolants à proximité de résonateurs nanomécaniques ultra-cohérents entraîne des pertes d’énergie. Ces travaux révèlent une contrainte de conception jusqu’alors négligée pour les dispositifs qui reposent sur le rapprochement de minuscules structures mécaniques d’autres composants.Image: Les nano-cordes de pointe ont une friction interne infiniment faible et un bruit thermique record. Elles sont désormais si sensibles qu’elles peuvent percevoir la friction d’objets proches — sans jamais les toucher. Crédit : Paresa Arabmoheghi ©2026 EPFLLes résonateurs nanomécaniques sont de minuscules structures vibrantes sur des puces qui oscillent à des fréquences allant de quelques kilohertz à plusieurs gigahertz. Ils sont utilisés comme détecteurs ultrasensibles de masse et de force, de température et de pression, ainsi que comme composants dans des filtres radiofréquences et des horloges sur puce. Les résonateurs modernes de pointe sont également utilisés pour créer des états quantiques d’objets macroscopiques et tester les lois fondamentales de la physique.De nombreuses applications nécessitent de placer les résonateurs à proximité d’autres matériaux pour lire le mouvement ou l’interaction avec d’autres phénomènes. La haute cohérence de ces dispositifs améliore les performances de la plupart des applications, mais elle les confronte à un nouveau défi : même sans contact physique, les dieléctriques voisins peuvent introduire des pertes d’énergie supplémentaires. Cet amortissement supplémentaire réduit le facteur de qualité et fixe des limites pratiques à la proximité des autres structures, au-delà de laquelle les performances se dégradent.Des scientifiques du groupe de Tobias J. Kippenberg à l’EPFL ont désormais montré que le simple fait de rapprocher ces résonateurs de matériaux isolants peut réduire leurs performances. Cette recherche est publiée dans Nature Physics.La raison réside dans les charges électriques statiques qui peuvent rester piégées dans le résonateur. Lorsque le résonateur vibre, il crée un champ électrique variable dans l’espace environnant. Si un matériau voisin, tel que le dioxyde de silicium ou le nitrure de silicium, présente de faibles pertes électriques, ce champ entraîne la dissipation d’énergie en son sein. Les deux objets ne se touchent jamais, mais l’énergie s’échappe. Cet effet est lié à ce qu’on appelle la “friction sans contact”, un phénomène précédemment observé en microscopie à force atomique.Les chercheurs ont construit un modèle prédisant une signature claire : les vibrations basses fréquences devraient perdre davantage d’énergie. Ils l’ont testé à l’aide de cordes en nitrure de silicium suspendues à environ 500 nanomètres au-dessus d’une couche dieléctrique, et ont mesuré la vitesse à laquelle différents modes de vibration s’atténuaient. Les modes basses fréquences ont affiché des pertes supplémentaires, exactement comme prédit.Mais une surprise est apparue lors d’une deuxième expérience, où les scientifiques ont conçu des cordes à facteur Q élevé et les ont placées entre des cavités à cristaux photoniques avec des écarts de quelques centaines de nanomètres. À mesure que l’écart se réduisait, le facteur de qualité chutait, parfois d’un facteur dix. Les techniques développées par les chercheurs dans ces travaux leur ont permis de modéliser avec précision la friction sans contact due aux charges piégées dans la géométrie complexe.Ces résultats fixent de nouvelles contraintes de conception pour les systèmes nanomécaniques ultra-cohérents. Les dispositifs qui reposent sur une proximité étroite avec d’autres composants doivent tenir compte de la friction sans contact causée par les charges piégées, qui peut réduire la cohérence mécanique.Parallèlement, le même mécanisme peut servir d’outil, permettant de sonder les pertes dieléctriques dans des couches minces ou d’établir un couplage contrôlé avec d’autres systèmes électriques. À mesure que ces résonateurs progressent vers des technologies de détection et quantiques plus avancées, comprendre et maîtriser ces sources cachées de pertes sera essentiel.Tous les échantillons ont été fabriqués au Center of MicroNanoTechnology (CMi) de l’EPFL.Autres contributeursChalmers University of TechnologyFinancementFonds national suisse (FNS)RéférencesAmirali Arabmoheghi, Alessio Zicoschi, Guillermo Arregui, Mohammad J. Bereyhi, Yi Xia, Nils J. Engelsen, Tobias J. Kippenberg. Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials. Nature Physics 07 juillet 2026. DOI: 10.1038/s41567-026-03350-z