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Étonnantes manipulations nanoscopiques de la lumière

10 décembre 2013, 14:38
Étonnantes manipulations nanoscopiques de la lumière
Étonnantes manipulations nanoscopiques de la lumière

Une technique qui permet de modifier, à l’échelle nanoscopique, le comportement de la lumière a été découverte par une équipe internationale de chercheurs de l’Institut AMOLF (Pays-Bas), de l’Université de Kyoto (Japon) et de l’Université de Sungkyunkwan (Corée du Sud). Ceux-ci ont observé un changement, sous l’influence d’un nano-anneau en métal, de la couleur de la lumière enfermée dans une cavité de résonance. Ils ont constaté aussi qu'il devenait possible de garder la lumière enfermée plus longtemps dans la cavité. Ils ont démontré que cette interaction, négligeable dans des conditions normales, est due au champ magnétique de la lumière.

 

Puisqu'un cristal photonique permet d’enfermer de la lumière dans un volume plus petit que la longueur d’onde de cette lumière, et que la durée de la capture de la lumière dans une telle cavité de résonance est longue, ces structures photoniques sont considérées comme des composants essentiels pour les futurs systèmes quantiques. La lumière enfermée dans la cavité de résonance est très sensible à de faibles perturbations à proximité de la cavité. Cette propriété, qui semble être un inconvénient, est en réalité un avantage. Quand une nanoparticule ou une molécule s’approche de la cavité, la fréquence de résonance de la cavité change et elle laisse passer la lumière d’une autre couleur. Les nanocavités sont alors d’excellents biocapteurs.

 

Le champ magnétique de la lumière induit un (faible) courant dans l’anneau métallique. Ce courant produit à son tour un champ magnétique qui s'oppose au champ initial. Cette induction magnétique qui refoule localement le champ magnétique de la lumière diminue la taille effective de la cavité dont la fréquence de résonance augmente : un décalage vers le bleu se produit. L’interaction déjà connue entre les champs électriques de la lumière et de la matière produit l’effet inverse : un décalage vers le rouge.

 

En manipulant la position du nano-anneau par rapport à la cavité de résonance, les chercheurs peuvent contrôler la façon d’enfermer la lumière et même commuter.

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