Depuis des siècles, les scientifiques croyaient que la lumière, comme toutes les vagues, ne pouvait pas être focalisé plus petit que sa longueur d'onde, un peu moins d'un millionième de mètre. Maintenant, des chercheurs dirigés par l'Université de Cambridge ont créé la plus petite loupe au monde, qui focalise la lumière un milliard de fois plus étroitement, jusqu'à l'échelle des atomes simples.

En collaboration avec des collègues espagnols, l'équipe a utilisé des nanoparticules d'or hautement conductrices pour fabriquer la plus petite cavité optique au monde, si petit qu'une seule molécule peut y tenir. La cavité, appelée « pico-cavité » par les chercheurs, consiste en une bosse dans une nanostructure en or de la taille d'un seul atome, et confine la lumière à moins d'un milliardième de mètre. Les résultats, rapporté dans le journal Science , ouvrir de nouvelles voies pour étudier l'interaction de la lumière et de la matière, y compris la possibilité de faire subir aux molécules de la cavité de nouvelles sortes de réactions chimiques, qui pourraient permettre le développement de types de capteurs entièrement nouveaux.

Selon les chercheurs, la construction de nanostructures avec contrôle d'un seul atome était extrêmement difficile. "Nous avons dû refroidir nos échantillons à -260°C afin de geler les atomes d'or qui se précipitaient, " dit Félix Benz, auteur principal de l'étude. Les chercheurs ont projeté une lumière laser sur l'échantillon pour construire les pico-cavités, leur permettant de regarder le mouvement d'un seul atome en temps réel.

"Nos modèles suggèrent que les atomes individuels qui dépassent pourraient agir comme de minuscules paratonnerres, mais focalisant la lumière au lieu de l'électricité, " a déclaré le professeur Javier Aizpurua du Centre de physique des matériaux de Saint-Sébastien, qui a dirigé la partie théorique de ce travail.

"Même les atomes d'or simples se comportent comme de minuscules roulements à billes métalliques dans nos expériences, avec des électrons conducteurs errants, ce qui est très différent de leur vie quantique où les électrons sont liés à leur noyau, " a déclaré le professeur Jeremy Baumberg du NanoPhotonics Center du laboratoire Cavendish de Cambridge, qui a dirigé la recherche.

Les découvertes ont le potentiel d'ouvrir un tout nouveau domaine de réactions chimiques catalysées par la lumière, permettant de construire des molécules complexes à partir de composants plus petits. En outre, il y a la possibilité de nouveaux dispositifs de stockage de données opto-mécaniques, permettant aux informations d'être écrites et lues par la lumière et stockées sous forme de vibrations moléculaires.