Ce travail fait figure de cas isolé : à côté, dans les archives, on trouve des études sur les ondes magnétiques, des réseaux synthétiques pour photons et des détecteurs de type balançoire, mais aucun de ces voisins n'a poussé un micromagnétisme en lévitation jusqu'au régime de génération multifréquence. La lévitation au-dessus d'un supraconducteur avait déjà permis d'atteindre des facteurs de qualité record et une grande maniabilité magnétique, mais la dynamique non linéaire des modes couplés restait inexplorée. C'est précisément elle qu'il faut pour transformer un oscillateur unique en une source de spectre à cohérence de phase.
Un micromagnétisme sphérique en néodyme de 1,8 µm de rayon est suspendu à 4,4 µm au-dessus d'un film d'YBCO à 6 K et sous une pression inférieure à 10⁻⁶ mbar. Le mouvement est lu par réflexion d'un laser à 637 nm à l'aide d'une diode à avalanche à photon unique. Une bobine intégrée crée un champ magnétique alternatif qui module paramétriquement la raideur du piège tout en excitant le mode de façon additive. La fréquence de pompage est lentement abaissée, et les spectres de comptage de photons sont enregistrés à chaque pas.
Lorsque la fréquence de pompage s'approche de la somme des fréquences propres des deux modes de translation hybridés (environ 30,1 kHz), un peigne primaire à pas accordable apparaît. Ensuite, quand la cinquième harmonique du peigne entre en résonance avec le double de la fréquence du mode de libration (5,16 kHz), celui-ci est excité paramétriquement et verrouillé en phase, ce qui engendre une structure fine et dense. Le spectre final contient plus de 60 dents équidistantes résolues, avec un pas minimal d'environ 0,5 kHz. Les facteurs de qualité des modes atteignent 2,95×10⁵ et 2,0×10⁵, et les coefficients de Duffing sont négatifs et valent −1,5(3)×10²² Hz²/m² et −0,5(1)×10²² Hz²/m².
Contrairement aux travaux voisins, où la non-linéarité ne faisait que gêner ou servait à une amplification unique, elle est ici organisée en cascade : deux modes donnent naissance au peigne primaire, et un troisième ajoute une structure sous-harmonique. C'est la première démonstration expérimentale d'un peigne mécanique complet sur un aimant en lévitation, avec un pas contrôlable et une cohérence de phase confirmée par la fonction de corrélation du second ordre.
Le refroidissement jusqu'à l'état quantique fondamental du mouvement permettra d'étudier des phénomènes quantiques macroscopiques dans un régime multifréquence fortement non linéaire. Des réseaux d'aimants en lévitation couplés pourraient donner naissance à des états non linéaires collectifs, notamment des cristaux temporels discrets. Un peigne accordable pourrait servir de base à une conversion de fréquence quantique multicanale.
La magnétométrie de précision et la détection de forces disposeront d'un nouvel outil : un ensemble dense de raies spectrales corrélées permet de suivre les moindres décalages de fréquence provoqués par des champs externes ou des défauts du piège.
Il convient de mesurer quantitativement le bruit de phase du peigne et de le comparer à la limite fondamentale, puis de tenter de refroidir le mode de libration jusqu'au régime quantique afin de vérifier la cohérence quantique de l'état multifréquence.
Pour la mécanique des particules en lévitation, la question de la cohérence ultime des états multifréquences non linéaires à l'approche de la limite quantique standard reste ouverte. Ce travail montre qu'un mélange en cascade peut stabiliser le spectre, mais il ne résout pas le problème de la décohérence due au bruit thermique et au couplage avec l'environnement.
Le micromagnétisme flotte au-dessus du supraconducteur sans aucun support, et ses oscillations peuvent être accordées par un simple déplacement d'un aimant permanent. De plus, le facteur de qualité est si élevé qu'après l'arrêt du pompage, l'amplitude décroît d'un facteur e en presque trois secondes.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Fontaines du paradis », un ascenseur spatial est maintenu par lévitation magnétique ; ici, la lévitation ne sert pas au transport, mais à créer un oscillateur non linéaire parfaitement isolé qui génère un peigne de fréquences.