Le 20 mai, une équipe de recherche chinoise a de nouveau publié des résultats de recherche innovants sur les capteurs dans la revue scientifique de premier plan « Nature ».
Cette étude s’appuie sur le principe de la physique des singularités pour établir une relation d’échelle en racine cubique pour la modulation de fréquence et de phase induite par l’effet Coriolis, optimisant ainsi efficacement les indicateurs de performance clés des gyroscopes vibrants à effet Coriolis à l’échelle d’une puce. Vérifié par de multiples expériences, ce schéma d’optimisation innovant n’augmente pas la taille de la structure du dispositif et n’entraîne pas de consommation d’énergie supplémentaire, tout en améliorant significativement le rapport signal/bruit du système et en augmentant considérablement la précision de détection de mouvement et de mesure d’attitude du gyroscope — les données de l’article montrent une amélioration du facteur de Coriolis de trois ordres de grandeur, une augmentation du rapport signal/bruit d’un facteur 253 et une amélioration de la précision d’un facteur 297.
Ce résultat est publié dans « Nature » sous le titre « Cusp-singularity-enhanced Coriolis effect for sensitive chip-scale gyroscopes ».
Selon les informations disponibles, le professeur Zhou Xin (Université nationale de technologie de défense & Université des sciences et technologies du Sud), le professeur Jing Hui (Université nationale de technologie de défense & Université normale du Hunan), le professeur Franco Nori (RIKEN) et le professeur Wang Fei (Université des sciences et technologies du Sud) sont les co-auteurs correspondants de l’article ; Zhang Sen, étudiant en master du groupe de Zhou Xin, est le premier auteur de l’article, ayant réalisé les expériences sous la direction du professeur Zhou Xin ; le professeur Zhou Xin a dirigé l’analyse théorique, les professeurs Jing Hui et Nori ont fourni des conseils importants, et le docteur Huang Ran, co-dirigé par les professeurs Jing Hui et Nori, a également contribué à l’analyse théorique. Ces travaux de recherche ont été financés et soutenus par le Programme national clé de R&D et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
En tant que capteurs inertiels fondamentaux, les gyroscopes sont essentiels pour la mesure de rotation dans des secteurs tels que l’électronique grand public, l’automobile et l’aérospatiale, le type le plus largement utilisé étant basé sur l’effet Coriolis. Les gyroscopes vibrants à effet Coriolis (CVG) à l’échelle d’une puce présentent des avantages en termes de taille, de poids et de coût, mais leurs performances sont bien inférieures à celles des CVG macroscopiques traditionnels, car le faible facteur de Coriolis inhérent aux micropuces limite l’amélioration de leur sensibilité, et le bruit brownien y est beaucoup plus important que dans les puces macroscopiques. Pour surmonter cette limitation physique, nous proposons et vérifions expérimentalement l’utilisation de la singularité de troisième ordre au sein d’une singularité de type « cusp » dans l’oscillation de suivi de phase d’un CVG sur puce, afin de réaliser une mise à l’échelle en racine cubique de la modulation de fréquence induite par l’effet Coriolis. En exploitant cet effet, nous avons obtenu une amélioration du facteur de Coriolis de trois ordres de grandeur, une augmentation du rapport signal/bruit d’un facteur 253 et une amélioration de la précision d’un facteur 297. De plus, la singularité de type « cusp » permet une mesure sous-linéaire de la modulation de phase ultra-sensible qui était auparavant irréalisable, atteignant ainsi des performances de rapport signal/bruit record dans un gyroscope sur puce de silicium. Ces découvertes comblent non seulement une lacune dans l’observation et le contrôle de l’effet Coriolis amplifié par singularité, apportant une avancée révolutionnaire à la technologie des gyroscopes, mais offrent également de nouvelles perspectives pour d’autres applications de détection ultra-sensibles.