L'empilement multicouche est développé sur un prisme et recouvert d'une couche de Pt absorbante. Un faisceau laser est incident à l'angle q sur le prisme, et la réflexion de sortie est mesurée par un dispositif à couplage de charge. Crédit :Azriel Genack
Une nouvelle expérience publiée dans Science montre que des caractéristiques qui sont même 100 fois plus petites que la longueur d'onde peuvent toujours être détectées par la lumière.
Nous ne pouvons pas voir les atomes à l'œil nu car ils sont si petits par rapport à la longueur d'onde de la lumière. Il s'agit d'un exemple d'une règle générale en optique - la lumière est insensible aux caractéristiques qui sont beaucoup plus petites que la longueur d'onde optique. Cependant, une nouvelle expérience apparaissant dans Science montre que des caractéristiques qui sont même 100 fois plus petites que la longueur d'onde peuvent toujours être détectées par la lumière.
Hanan Sheinfux et le Dr Yaakov Lumer, du groupe du professeur Moti Segev au Technion -Institut technique d'Israël, a réalisé cette étude en collaboration avec le Dr Guy Ankonina et le Pr Guy Bartal (Technion) et le Pr Azriel Genack (City University of New York).
Leur travail examine un empilement de couches nanométriquement minces - chaque couche est en moyenne de 20, 000 fois plus mince qu'une feuille de papier. L'épaisseur exacte des couches est volontairement aléatoire, et d'ordinaire ce désordre nanométrique ne devrait avoir aucune importance physique. Mais cette expérience montre que même une augmentation d'épaisseur de 2 nm (~ 6 atomes) jusqu'à une seule couche quelque part à l'intérieur de la structure peut être détectée si la lumière illumine la structure à un angle d'incidence très spécifique. Par ailleurs, l'effet combiné de toutes les variations aléatoires dans toutes les couches manifeste un phénomène physique important appelé localisation d'Anderson, mais dans un régime où l'on croyait qu'il avait des effets extrêmement faibles.
"Ce travail démontre que la lumière peut être piégée dans des structures beaucoup plus fines que la longueur d'onde de la lumière et que des changements infimes dans cette structure sont observables, " a déclaré le Dr Genack. " Cela rend la structure très sensible à l'environnement. "
La découverte de la localisation électronique en 1958, pour lequel Anderson a reçu le prix Nobel en 1977, est le phénomène où le désordre transforme un système de conducteur en isolant. Il a été démontré que le phénomène est un phénomène ondulatoire général et qu'il s'applique à la lumière et au son aussi bien qu'aux électrons. La localisation d'Anderson est un effet notoirement difficile à démontrer en laboratoire. Généralement, la localisation n'a pratiquement aucun effet lorsque les caractéristiques aléatoires d'un échantillon sont beaucoup plus petites que la longueur d'onde. En effet, l'arrangement aléatoire des atomes dans un milieu désordonné tel que le verre n'est pas observable à la lumière visible :le verre semble parfaitement homogène, même sous le meilleur microscope optique. Cependant, l'effet de localisation observé dans cette expérience récente est étonnamment puissant.
En tant qu'analogue brut de la physique permettant ces résultats, essayez de parler à un ami dans la même pièce avec un moteur bruyant. Une façon de se faire entendre est d'élever la voix au-dessus du bruit du moteur. Mais il pourrait aussi être possible de parler si vous pouvez trouver un endroit calme dans le bruit, où le bruit du moteur est relativement faible. Le son du moteur est analogue à l'influence "moyenne" des couches et élever la voix revient à utiliser un trouble "fort" avec des composants de longueur d'onde. Cependant, cette expérience a démontré que de telles structures présentent un "point exceptionnel" qui équivaut à l'endroit calme de la pièce. C'est un point où, même si le trouble est faible (nanométrique), l'effet moyen de la structure est encore plus faible. Les parties de l'expérience réalisées au voisinage de ce point montrent donc une sensibilité accrue au désordre et présentent une localisation d'Anderson.
Ces résultats constituent une preuve de concept qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications majeures en matière de détection. Cette approche peut permettre l'utilisation de méthodes optiques pour effectuer des mesures à grande vitesse de défauts nanométriques dans les puces informatiques et les dispositifs photoniques.
