Des chercheurs créent une cavité auto-assemblée aux dimensions inédites

Dans le domaine de l’optique quantique et de la photonique, l’un des objectifs majeurs est d’augmenter l’intensité de l’interaction entre la lumière et la matière. Cela pourrait permettre de produire, par exemple, de meilleurs photodétecteurs ou sources de lumière quantique.

Une équipe de chercheurs danois a récemment proposé une nouvelle approche pour fabriquer une cavité auto-assemblée avec un vide d’air à l’échelle de quelques atomes.

Les chercheurs ont démontré que l’utilisation de résonateurs optiques, qui stockent la lumière pendant une longue période, permet une interaction plus forte entre la lumière et la matière. Si le résonateur est également très petit, de sorte que la lumière est comprimée dans une minuscule région de l’espace, l’interaction est encore plus renforcée. L’idéal serait un résonateur capable de stocker la lumière pendant une longue période dans une région de la taille d’un seul atome.

Les physiciens et les ingénieurs ont longtemps cherché à déterminer jusqu’à quel point les résonateurs optiques peuvent être miniaturisés sans devenir trop absorbants. C’est une question similaire à celle de savoir jusqu’à quel point on peut miniaturiser un dispositif à semi-conducteurs. Selon les prévisions de l’industrie des semi-conducteurs pour les 15 prochaines années, la largeur minimale possible d’une structure à semi-conducteurs ne sera pas inférieure à 8 nm, soit plusieurs dizaines d’atomes de large.

Des cavités auto-assemblées à l’échelle atomique

L’équipe de la DTU Electro a démontré l’année dernière des cavités de 8 nm, mais propose maintenant une nouvelle approche pour fabriquer une cavité auto-assemblée avec un vide d’air à l’échelle de quelques atomes. Leur article, intitulé « Self-assembled photonic cavities with atomic-scale confinement », détaille les résultats et a été publié dans la revue Nature.

Leur expérience consiste en deux moitiés de structures en silicium suspendues sur des ressorts. Initialement, le dispositif en silicium est fermement attaché à une couche de verre. Les dispositifs sont fabriqués par technologie semi-conductrice conventionnelle, de sorte que les deux moitiés sont à quelques dizaines de nanomètres l’une de l’autre. Après une gravure sélective du verre, la structure est libérée et n’est plus suspendue que par les ressorts. Comme les deux moitiés sont fabriquées très proches l’une de l’autre, elles s’attirent en raison des forces de surface.

En synthèse

Cette recherche représente une avancée significative dans le domaine de l’optique quantique et de la photonique. L’équipe de recherche a réussi à créer une cavité auto-assemblée avec un vide d’air à l’échelle de quelques atomes, ce qui pourrait permettre une interaction plus forte entre la lumière et la matière.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un résonateur optique ?

Un résonateur optique est un dispositif qui peut stocker la lumière pendant une longue période, ce qui permet une interaction plus forte entre la lumière et la matière.

Qu’est-ce que la cavité auto-assemblée ?

Une cavité auto-assemblée est une structure qui se forme d’elle-même, sans intervention extérieure. Dans ce cas, les chercheurs ont créé une cavité avec un vide d’air à l’échelle de quelques atomes.

Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?

Cette recherche pourrait avoir des applications dans divers domaines, tels que l’électronique, la nanorobotique, les capteurs, les technologies quantiques et bien d’autres.

Quels sont les avantages de cette nouvelle approche ?

Cette nouvelle approche permet de créer des structures à l’échelle atomique tout en utilisant des méthodes de fabrication conventionnelles. Cela pourrait permettre de dépasser les limites de la lithographie et de la gravure conventionnelles.

Quels sont les défis à relever pour cette recherche ?

Les défis comprennent la nécessité de fabriquer des structures extrêmement petites sans qu’elles ne deviennent trop absorbantes, ainsi que la nécessité de connecter ces structures au reste du monde à l’aide de la technologie semi-conductrice conventionnelle.

Références

Légende illustration principale : Illustration du cœur de la cavité photonique fabriquée en deux moitiés qui se sont assemblées en une seule unité. La cavité confine la lumière à l’intérieur de l’espace, qui n’est large que de quelques atomes, comme l’indique le champ de vision de la loupe. Illustration de Thor A. S. Weis. Crédit : Illustration by Thor A. S. Weis.

Article : « Self-assembled photonic cavities with atomic-scale confinement » – DOI: 10.1038/s41586-023-06736-8