Des microvannes actionnées par laser pour remplir la cellule d'une horloge atomique miniature

Résultats scientifiques Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Une équipe de l'Institut Femto-ST a transposé en microfabrication la technique de remplissage des cellules de gaz utilisées pour les horloges atomiques traditionnelles. Cette méthode, qui ouvre la voie à la production à grande échelle de micro-horloges pour de multiples applications, a fait l'objet d'une publication dans Nature Microsystems & Nanoengineering, et a été mise au point en collaboration avec l'Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN)1 .

  • 1IEMN - UMR8520 (CNRS/UPHF/ULille)

Les horloges atomiques miniatures sont des instruments compacts de haute précision, destinés notamment à des équipements de télécommunications ou de navigation. Le cœur de ces micro-horloges est constitué d'une cellule de dimensions millimétriques, qui contient des atomes de métal alcalin en phase vapeur dont l'état est mesuré par voie optique à l’aide d’un laser. Ces cellules sur puce sont réalisées par des techniques de microfabrication collective, mais leur remplissage par des gaz n'a pas encore trouvé de solution vraiment satisfaisante : les différentes techniques utilisées, qui doivent éviter l'introduction d'impuretés et garantir l'étanchéité de la cellule, ont chacune des inconvénients et des limitations. Une méthode a été mise au point à l'Institut Femto-ST (CNRS/Comue Université Bourgogne Franche-Comté), en collaboration avec l'Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN), deux laboratoires de Renatech, le réseau académique français des équipements de pointe dans le domaine des micro et nanotechnologies, piloté par le CNRS. Cette méthode apporte une solution fiable pour remplir des cellules miniatures de manière collective, à l'échelle d'un wafer. De plus, elle peut être adaptée au développement d’autres capteurs et instruments atomiques réalisés par microfabrication.

Lire la suite sur le site de l'INSIS

Cellule à vapeur alcaline micro-fabriquée, composée d’un sandwich verre-silicium-verre et munie de structures comparables à des vannes et actionnables par laser. L'action d'un laser pour fermer (make seal) ou ouvrir (break seal) ces ''vannes'' permet le remplissage séquentiel de la cellule par le métal alcalin et différents gaz tampon. Cette méthode de remplissage, inspirée des cellules fabriquées par soufflage de verre, permet d’envisager l’augmentation des performances de différents systèmes atomiques miniatures (horloges atomiques, magnétomètres).
Cellule à vapeur alcaline micro-fabriquée, composée d’un sandwich verre-silicium-verre et munie de structures comparables à des vannes et actionnables par laser. L'action d'un laser pour fermer (make seal) ou ouvrir (break seal) ces ''vannes'' permet le remplissage séquentiel de la cellule par le métal alcalin et différents gaz tampon. Cette méthode de remplissage, inspirée des cellules fabriquées par soufflage de verre, permet d’envisager l’augmentation des performances de différents systèmes atomiques miniatures (horloges atomiques, magnétomètres).