Nanomechanics-based thermodynamics : from molecules to mesoscopic phonons
Thermodynamique basée sur la nanomécanique : des molécules aux phonons mésoscopiques
Résumé
Nano-Electro-Mechanical Systems (NEMS) are unique sensing devices, with record breaking sensitivity in force/mass detection. They can also be thought of as model systems for physicists, implementing given concepts into engineered, artifical devices. To do so, they can be interfaced with the most sensitive detection scheme: optomechanics, which has already been demonstrated in the microwave domain, in cryogenic conditions.In this Thesis, we probe concepts linked to thermodynamics at small scales. In the first place, we investigate the optomechanics platform with one optical and one mechanical degree of freedom. Classical back-action concepts are studied with an artificial bath. Using a quantum-limited detection scheme, we demonstrated our ability to measure classical thermal fluctuations for a single phononic mode.In the second place, we use nanomechanical resonators as sensors for low temperature investigations: namely here, we probed the specific properties of a rarefied ideal gas. We demonstrate that we can resolve the signature of the boundary (Knudsen) layer of the gas onto the probe element itself.
Les systèmes nano-électro-mécaniques (NEMS) sont des dispositifs de détection uniques, avec une sensibilité record en matière de détection de force/masse. Ils peuvent également être considérés comme des systèmes modèles pour les physiciens, mettant en œuvre des concepts donnés dans des dispositifs artificiels. Pour cela, ils peuvent être interfacés avec l'un des systèmes de détection le plus sensible : l'optomécanique, qui a déjà fait ses preuves dans le domaine des micro-ondes, en conditions cryogéniques.Dans cette thèse, nous sondons des concepts liés à la thermodynamique à petite échelle. En premier lieu, nous étudions la plate-forme optomécanique avec un degré de liberté optique et un degré de liberté mécanique. Les concepts classiques d'action-en-retour sont étudiés avec un bain artificiel. En utilisant un schéma de détection à la limite quantique, nous avons démontré notre capacité à mesurer les fluctuations thermiques classiques pour un seul mode phononique.En second lieu, nous utilisons des résonateurs nanomécaniques comme capteurs pour des investigations à basse température : à savoir ici, nous avons sondé les propriétés spécifiques d'un gaz parfait raréfié. Nous démontrons que nous pouvons résoudre la signature de la couche limite (Knudsen) du gaz sur l'élément de sonde lui-même.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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