Semblable à l'œil d'un ouragan, physiciens de l'institut de recherche AMOLF, l'Université d'Amsterdam et l'Université du Texas à Austin, ont capturé la lumière dans l'œil d'un vortex optique. La recherche sera publiée le 4 juin ^e dans le premier journal Photonique de la nature .

"La lumière pouvait se déplacer dans n'importe quelle direction, mais ne le fait pas, ", explique le chercheur Hugo Doeleman du groupe AMOLF Resonant Nanophotonics et de l'Université d'Amsterdam. "C'est un phénomène étrange. C'est comme enfermer la lumière dans une prison aux murs invisibles." Ce phénomène, que les physiciens renommés Von Neumann et Wigner ont prédit pour les électrons en 1929, a également été trouvé à la lumière. Dans le jargon de la recherche, c'est ce qu'on appelle un état lié dans le continu (BIC). Un BIC se produit lorsque des ondes lumineuses sont capturées et restent quelque part sans que rien ne s'oppose à leur mouvement. "La lumière pourrait s'échapper mais elle ne le fait pas, " dit Doeleman.

En 2014, un groupe de chercheurs du MIT, Harvard, et Yale a prédit que ces BIC sont le centre d'une sorte de vortex optique. Doeleman et ses collègues Wouter den Hollander et Femius Koenderink ont ​​maintenant prouvé expérimentalement l'existence d'un tel vortex. Ils ont réussi à produire un BIC et à démontrer que la lumière est captée dans un vortex de polarisation, comme prévu :la lumière est prise dans l'œil du cyclone. Les chercheurs d'Amsterdam ont travaillé en étroite collaboration avec deux chercheurs des États-Unis, Francesco Monticone (maintenant à l'Université Cornell) et Andrea Alù (maintenant à la City University of New York) pour comprendre comment le vortex capte la lumière.

Pour produire un BIC, un échantillon est nécessaire avec deux canaux optiques qui diffusent la lumière laser entrante. L'échantillon produit à AMOLF consistait en une rangée de tiges miniatures en nitrure de silicium sur une fine membrane de verre. En raison de l'interférence causée par la structure de l'échantillon, une forme de vortex apparaît dans la direction de polarisation de la lumière. Cela se produit autour du point où la lumière est capturée, l'œil. L'équipe a développé un modèle qui montre ce qui s'est passé dans leur échantillon. "Le modèle révèle que ce mur invisible, que la lumière ne peut pas passer, survient exactement lorsque les ondes lumineuses diffusées par les deux canaux interfèrent de manière destructive. C'est précisément la condition qui définit l'œil du cyclone."

L'aspect le plus frappant est que le vortex rend le BIC robuste, dit Doeleman. "Tant qu'il y a un vortex, il y a un oeil. De petites imperfections peuvent déplacer ou déformer le vortex, mais l'œil bouge avec. Comparable à quand un ouragan se déplace, l'œil bouge avec. Ce n'est que si le vortex disparaît complètement que le BIC disparaît également." Cela sera utile pour les applications en photonique, car cela signifie que le BIC est tolérant aux aberrations qui se produisent toujours.

A plus long terme, Les BIC pourraient être utiles pour fabriquer de petits lasers. Doeleman :« Pour faire un bon laser, vous devez être capable de capter la lumière pendant un certain temps et de la concentrer. » Un tel petit laser peut alors être placé sur une puce photonique. « Cependant, c'est quelque chose pour le plus long terme. Pour l'instant, nous sommes principalement fascinés par le phénomène réel. Nous commençons à découvrir ce que les BIC peuvent faire."