Un groupe de chercheurs a réussi à manipuler le comportement de la lumière comme si elle était sous l’influence de la gravité. Cette découverte amène de nouvelles perspectives pour le monde de l’optique et des matériaux. Elle pourrait avoir des implications significatives pour le développement des communications 6G.
La théorie de la relativité d’Albert Einstein a établi depuis longtemps que la trajectoire des ondes électromagnétiques – y compris la lumière et les ondes électromagnétiques térahertz – peut être déviée par les champs gravitationnels.
Récemment, des scientifiques ont théoriquement prédit qu’il est possible de reproduire les effets de la gravité – c’est-à-dire la pseudogravité – en déformant des cristaux dans la région d’énergie (ou de fréquence) normalisée inférieure.
L’expérience des cristaux photoniques
«Nous avons cherché à explorer si la distorsion du réseau dans les cristaux photoniques peut produire des effets de pseudogravité», a commenté le professeur Kyoko Kitamura de l’École d’ingénieurs de l’Université de Tohoku.
Les cristaux photoniques possèdent des propriétés uniques qui permettent aux scientifiques de manipuler et de contrôler le comportement de la lumière, agissant comme des ‘contrôleurs de trafic’ pour la lumière à l’intérieur des cristaux. Ils sont construits en disposant périodiquement deux matériaux ou plus avec des capacités variables d’interaction et de ralentissement de la lumière dans un motif régulier et répétitif.
La distorsion du réseau et ses effets
Kitamura et ses collègues ont modifié les cristaux photoniques en introduisant une distorsion du réseau : une déformation progressive de l’espacement régulier des éléments, qui a perturbé le motif en grille des cristaux protoniques. Cela a manipulé la structure de bande photonique des cristaux, entraînant une trajectoire de faisceau courbée en milieu – tout comme un rayon de lumière passant près d’un corps céleste massif comme un trou noir.
Plus précisément, ils ont utilisé un cristal photonique de silicium déformé avec une constante de réseau primal de 200 micromètres et des ondes térahertz. Les expériences ont démontré avec succès la déviation de ces ondes.
En synthèse
« Tout comme la gravité courbe la trajectoire des objets, nous avons trouvé un moyen de courber la lumière à l’intérieur de certains matériaux », a tenu à préciser le professeur Kitamura.
« Une telle orientation de faisceau dans le plan dans la gamme térahertz pourrait être exploitée dans la communication 6G. Sur le plan académique, les résultats montrent que les cristaux photoniques pourraient exploiter les effets gravitationnels, ouvrant de nouvelles voies dans le domaine de la physique des gravitons », a ajouté pour sa part le professeur associé Masayuki Fujita de l’Université d’Osaka.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la pseudogravité ?
La pseudogravité est un phénomène qui reproduit les effets de la gravité. Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à créer des effets de pseudogravité en déformant des cristaux photoniques.
Qu’est-ce qu’un cristal photonique ?
Un cristal photonique est une structure périodique de matériaux qui interagissent avec la lumière de différentes manières. Ils peuvent être utilisés pour contrôler et manipuler le comportement de la lumière.
Comment la lumière a-t-elle été manipulée dans cette étude ?
Les chercheurs ont introduit une distorsion du réseau dans les cristaux photoniques, ce qui a modifié la structure de bande photonique des cristaux et a entraîné une trajectoire de faisceau courbée, similaire à un rayon de lumière passant près d’un corps céleste massif.
Quelles sont les implications de cette recherche ?
Cette recherche pourrait avoir des implications significatives pour le développement des communications 6G. Elle montre également que les cristaux photoniques pourraient exploiter les effets gravitationnels, ouvrant de nouvelles voies dans le domaine de la physique des gravitons.
Qui a mené cette recherche ?
Cette recherche a été menée par le professeur Kyoko Kitamura de l’École d’ingénieurs de l’Université de Tohoku et le professeur associé Masayuki Fujita de l’Université d’Osaka.
Article : « Déviation d’ondes électromagnétiques par pseudogravité dans des cristaux photoniques déformés » ; Auteurs : Kanji Nanjyo, Yuki Kawamoto, Hitoshi Kitagawa, Daniel Headland, Masayuki Fujita, Kyoko Kitamura ; Journal : Physical Review A ; DOI: 10.1103/PhysRevA.108.033522
Légende illustration principale : Les cristaux photoniques courbent la lumière comme si elle était sous l’influence de la gravité
