Un nouvel appareil courbe la lumière visible à l'intérieur d'un cristal pour produire un rayonnement "synchrotron" (bleu et vert) via une impulsion lumineuse accélérée (rouge) à une échelle mille fois plus petite que les installations massives du monde entier. Crédit :Image de l'Université du Michigan/Meredith Henstridge
L'installation de l'accélérateur DESY à Hambourg, Allemagne, s'étend sur des kilomètres pour héberger une particule effectuant des tours d'un kilomètre à presque la vitesse de la lumière. Aujourd'hui, les chercheurs ont réduit une telle installation à la taille d'une puce informatique.
Une équipe de l'Université du Michigan en collaboration avec l'Université Purdue a créé un nouvel appareil qui s'adapte toujours à la vitesse le long des chemins circulaires, mais pour produire des fréquences lumineuses inférieures dans la gamme des térahertz d'applications telles que l'identification de faux billets d'un dollar ou la distinction entre les tissus cancéreux et sains.
"Pour que la lumière se courbe, vous devez sculpter chaque morceau du faisceau lumineux à une intensité et une phase particulières, et maintenant nous pouvons le faire d'une manière extrêmement chirurgicale, " a déclaré Roberto Merlin, Peter A. Franken Collegiate Professor of Physics à l'Université du Michigan.
L'ouvrage est publié dans la revue Science . Finalement, ce dispositif pourrait être commodément adapté pour une puce informatique.
"Plus nous avons de sources térahertz, le meilleur. Cette nouvelle source est également exceptionnellement plus efficace, encore moins que c'est un système massif créé à l'échelle millimétrique, " a déclaré Vlad Shalaev, Bob et Anne Burnett de Purdue, professeur émérite de génie électrique et informatique.
L'appareil que les chercheurs du Michigan et de Purdue ont construit génère un rayonnement dit "synchrotron", qui est l'énergie électromagnétique émise par des particules chargées, comme les électrons et les ions, qui se déplacent près de la vitesse de la lumière lorsque les champs magnétiques courbent leur trajectoire.
Plusieurs installations à travers le monde, comme DESY, générer un rayonnement synchrotron pour étudier un large éventail de problèmes allant de la biologie à la science des matériaux.
Cette impulsion lumineuse accélérée (à gauche) a répondu aux attentes (à droite) selon lesquelles elle suivrait une trajectoire courbe et émettrait un rayonnement aux fréquences térahertz de la technologie de sécurité et d'autres applications de détection. Crédit :vidéo de l'Université du Michigan/Meredith Henstridge
Mais les efforts passés pour courber la lumière pour suivre un chemin circulaire se sont manifestés sous la forme de lentilles ou de modulateurs de lumière spatiaux trop volumineux pour la technologie sur puce.
Une équipe dirigée par Merlin et Meredith Henstridge, maintenant chercheur postdoctoral à l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière, remplacé ces formes plus volumineuses par environ 10 millions de minuscules antennes imprimées sur un cristal de tantalite de lithium, appelée "métasurface, " conçu par l'équipe du Michigan d'Anthony Grbic et construit par les chercheurs de Purdue.
Les chercheurs ont utilisé un laser pour produire une impulsion de lumière visible qui dure un trillionième de seconde. Le réseau d'antennes provoque l'accélération de l'impulsion lumineuse le long d'une trajectoire courbe à l'intérieur du cristal.
Au lieu d'une particule chargée en spirale sur des kilomètres, l'impulsion lumineuse a déplacé les électrons de leurs positions d'équilibre pour créer des « moments dipolaires ». Ces moments dipolaires accélérés le long de la trajectoire courbe de l'impulsion lumineuse, résultant en une émission de rayonnement synchrotron beaucoup plus efficace dans la gamme des térahertz.
"Ce n'est pas encore conçu pour une puce informatique, mais ce travail démontre que le rayonnement synchrotron pourrait éventuellement aider à développer des sources térahertz sur puce, " a déclaré Shalaev.
