Des physiciens travaillant avec le chercheur Oriol Romero-Isart ont conçu un nouveau schéma simple pour générer théoriquement des champs électromagnétiques arbitrairement courts et focalisés. Ce nouvel outil pourrait être utilisé pour la détection précise et en microscopie.

Micro-ondes, rayonnement thermique, la lumière et le rayonnement X sont des exemples d'ondes électromagnétiques. De nombreuses applications nécessitent de focaliser les champs électromagnétiques à de petites dimensions spatio-temporelles. Les ingénieurs peuvent utiliser différentes méthodes pour y parvenir. Dans la revue Lettres d'examen physique , chercheurs du groupe Oriol Romero-Isart à l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI) et à l'Institut de physique théorique de l'Université d'Innsbruck avec Ignacio Cirac et Theodor Hänsch à l'Institut Max Planck d'optique quantique, Munich, ont publié un nouveau schéma de génération de champs électromagnétiques ultrafocalisés.

Comportement surprenant

Lorsque le courant électrique traverse une bobine, il produit des ondes électromagnétiques qui se propagent dans toutes les directions. Lorsque la bobine est placée à l'intérieur d'un cylindre qui réfléchit parfaitement les ondes, un phénomène surprenant se produit. "Avec cette configuration, des impulsions arbitrairement focalisées et des impulsions quasi équidistantes pourraient être générées, " dit le scientifique junior Patrick Maurer. " Plus les modes de guide d'ondes sont excités, plus les champs électromagnétiques deviennent concentrés. » Les physiciens théoriciens ont caractérisé analytiquement le système à un degré tel que, basé sur les réflexions des ondes électromagnétiques à l'intérieur du cylindre, ils ont pu concevoir une impulsion de courant qui excite un nombre clairement défini de modes. « En raison des propriétés spécifiques du système, l'impulsion de courant ne doit être ajustée que légèrement afin de changer le nombre de modes ou, en d'autres termes, concentrer plus fortement le champ. La fréquence moyenne de l'impulsion reste fondamentalement la même, " explique Jordi Prat-Camps, Post-doctorat dans l'équipe de recherche de Romero-Isart. Le spectre du champ généré est déterminé par le rayon du cylindre. Par exemple, des impulsions micro-ondes focalisées peuvent être générées en utilisant un cylindre de plusieurs centimètres d'épaisseur.

Défis technologiques

Les physiciens d'Innsbruck ont ​​pu confirmer leurs calculs analytiques par des simulations numériques. Ils ont montré que les champs conservaient leurs propriétés uniques pendant un certain temps après leur sortie du cylindre par l'une des ouvertures. Ce nouveau concept présente un intérêt pour les applications technologiques qui nécessitent des champs ultrafocalisés pour fonctionner. Par exemple, dans le domaine de la microscopie, ce nouveau schéma pourrait faciliter le développement de dispositifs encore plus précis. Pour mettre en œuvre leur schéma, les physiciens soulignent deux exigences :« Premièrement, il faut trouver un matériau qui se reflète parfaitement dans une large gamme de fréquences, " dit Prat-Camps. " De plus, nous devons générer précisément l'impulsion de courant calculée. Mieux ces exigences sont remplies, plus la visibilité de l'effet désiré sera claire."