Comment 100 nanomètres peuvent transformer la technologie optique

Comment 100 nanomètres peuvent transformer la technologie optique

Lorsque vous levez les yeux vers le ciel et que vous voyez des nuages de formes merveilleuses, ou que vous peinez à voir à travers un brouillard dense et brumeux, vous êtes en présence des résultats de la ‘diffusion de Mie’, qui se produit lorsque la lumière interagit avec des particules de certaines tailles.

Une nouvelle étude vient de franchir un jalon important dans la manipulation de ce phénomène, ouvrant la voie à une gamme de technologies optiques avancées.

Une nouvelle compréhension de la diffusion de Mie

La diffusion de Mie est un phénomène qui se produit lorsque la lumière interagit avec des particules de certaines tailles.

Dans une étude récemment publiée dans Nature Communications, une équipe de recherche multi-institutionnelle, incluant l’Université d’Osaka, a réussi à surmonter ce qui était considéré comme des limitations fondamentales de l’amélioration de l’efficacité de la diffusion de Mie.

Les chercheurs dans le domaine de la méta-photonique utilisent des phénomènes comme la diffusion de Mie pour générer des sorties de dispositifs qui ne sont pas possibles avec les nanomatériaux conventionnels, par exemple, la technologie de surveillance à faible consommation d’énergie.

Pendant de nombreuses années, cependant, les chercheurs ont pensé que la diffusion de Mie ne pouvait être manipulée qu’en changeant la longueur d’onde de la lumière ou la taille de la nanostructure avec laquelle elle interagit.

(A) Principe du microscope à balayage laser, (B) Image du résonateur de Mie en silicium par microscope à balayage laser, (C) Image en champ sombre de (B) prise par un microscope optique conventionnel. ©2023 Yu-Lung Tang et al., Nature Communications 14:7213.

Une approche innovante

« Dans notre approche, nous décalons le laser incident », explique Yu-Lung Tang, auteur principal de l’étude. « En d’autres termes, nous déplaçons la position d’éclairage à une échelle nanométrique du centre de la nanostructure cible. »

En faisant cela, les chercheurs ont découvert que la diffusion exhibée par les nanostructures de silicium dépendait de l’ampleur du décalage du laser fortement focalisé avec le centre de la nanostructure.

Un décalage de seulement 100 nanomètres pourrait induire la diffusion résonante de Mie maximisée qui était auparavant obscurcie parce que la microscopie conventionnelle utilise une illumination de lumière d’onde plane. Ces découvertes pourraient augmenter l’efficacité des technologies optiques.

Des applications prometteuses

Par exemple, le travail de l’équipe pourrait aider les chercheurs à développer des transistors tout optiques, c’est-à-dire des transistors qui utilisent la lumière au lieu de l’électricité et dépassent les performances de leurs homologues électroniques conventionnels.

« Nous sommes enthousiastes car nous avons élargi les fondamentaux de la théorie de la lumière de Mie vieille d’un siècle », conclut Junichi Takahara, auteur principal. « Les applications sont diverses et actuellement en cours dans notre laboratoire. »

En synthèse

Ce travail est une percée dans notre compréhension des interactions lumière-matière. De plus, ces résultats ne sont pas limités au silicium et le laser incident n’a pas besoin d’être une longueur d’onde visible, ce qui encourage des avancées en méta-photonique et rapproche des technologies fantastiques comme les dispositifs de camouflage de la réalité.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la diffusion de Mie ?

La diffusion de Mie est un phénomène qui se produit lorsque la lumière interagit avec des particules de certaines tailles.

Comment les chercheurs ont-ils manipulé la diffusion de Mie ?

Les chercheurs ont décalé le laser incident, déplaçant la position d’éclairage à une échelle nanométrique du centre de la nanostructure cible.

Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?

Les applications potentielles incluent le développement de transistors tout optiques et l’avancement de la méta-photonique.

Qu’est-ce qu’un transistor tout optique ?

Un transistor tout optique est un transistor qui utilise la lumière au lieu de l’électricité.

Qu’est-ce que la méta-photonique ?

La méta-photonique est un domaine de recherche qui utilise des phénomènes comme la diffusion de Mie pour générer des sorties de dispositifs qui ne sont pas possibles avec les nanomatériaux conventionnels.

Références

Article : “Multipole engineering by displacement resonance: a new degree of freedom of Mie resonance” – DOI: 10.1038/s41467-023-43063-y

[ Rédaction ]

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