Le son et la lumière sont cruciaux pour notre vie et sont essentiels dans de nombreuses énergies, technologies de la communication et de l'information. Leur interaction permet de nombreuses observations fondamentales en physique, de la détection des ondes gravitationnelles cosmiques au refroidissement des systèmes quantiques dans leur état fondamental quantique. Cependant, leur interaction peut être subtile et faible. Améliorer leur interaction nécessite de confiner les deux vagues au même endroit, ce qui représente un défi technologique considérable.

En nanotechnologie, ceci a été résolu en créant des cavités reposant sur des modèles très soigneusement fabriqués. Cette approche est exigeante et facilement perturbée par le désordre et les défauts. Dans un ouvrage récemment publié dans Lettres d'examen physique une approche totalement différente est proposée, où la symétrie et la périodicité ne sont pas nécessaires, et le désordre est embrassé. Le travail a été réalisé en étroite collaboration avec le Dr Daniel Lanzillotti-Kimura, chercheur au CNRS en France. Le premier auteur de l'ouvrage est Guillermo Arregui et le dernier est le Dr Pedro David García, tous deux du groupe des nanostructures phononiques et photoniques ICN2 dirigé par ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres.

Commander, symétrie et périodicité sont des mots qui ont toujours passionné les chercheurs. Pour les physiciens, l'attrait est que les systèmes réguliers ont tendance à obéir à des lois simples (ou au moins symétriques). Même les systèmes complexes sont simplifiés dans leur description, ce qui aide à comprendre leurs mécanismes sous-jacents. Cependant, le monde est complexe. Cependant, comprendre la complexité inhérente à la nature nécessite finalement de s'écarter de la symétrie et de la périodicité parfaites. Remarquablement, comme le montrent les auteurs dans cet ouvrage, le désordre et la complexité peuvent être exploités comme une ressource au lieu d'être traités comme une gêne inévitable. Dans l'ouvrage récemment publié, Le désordre est utilisé pour localiser simultanément le son et la lumière à l'échelle nanométrique.

Des chercheurs de l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) et du Centre de Nanosciences et Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Sud) proposent une structure semi-conductrice multicouche aléatoire où une subtile combinaison de leurs propriétés matérielles force la co-localisation simultanée de son et lumière. Les équations régissant la propagation de la lumière et du son dans des empilements constitués d'arséniure de gallium (GaAs) et d'arséniure d'aluminium (AlAs) sont extrêmement similaires, conduisant à une colocalisation d'Anderson des deux excitations dans des réseaux aléatoires. Cela est dû à une étonnante correspondance dans le contraste de leurs indices de réfraction et de leurs vitesses du son, respectivement, quelque chose qui n'arrive pas, par exemple, avec d'autres matériaux similaires comme Si/Ge ou InP/GaP. La colocalisation dans des réseaux aléatoires induit une amélioration de l'interaction entre les champs lumineux et sonore. Cette interaction repose sur le fait que la lumière transporte une quantité de mouvement qui peut être transférée à un objet et le déplacer. En contrepartie, un objet en mouvement peut décaler la fréquence de la lumière. Dans la vie de tous les jours, cette interaction est extrêmement faible, ce qui entraîne des effets négligeables.

Pour améliorer ces interactions mutuelles, l'approche suivie par les nanotechnologies est de concentrer la lumière dans de petits volumes et d'utiliser de petits objets pour lesquels ces effets deviennent observables. Ici, nous montrons qu'aucune conception particulière n'est requise pour réaliser cette interaction observable mutuelle, relâchant ainsi sensiblement les besoins de fabrication. Cette réalisation peut être utilisée pour exploiter l'interaction entre la lumière et le son dans des structures arbitrairement conçues, assouplissant ainsi les exigences de fabrication très exigeantes actuellement nécessaires en nanotechnologie. L'effet de co-localisation montré dans le nouveau travail ouvre l'accès à des phénomènes de localisation inexplorés et à l'ingénierie des interactions lumière-matière médiées par des états localisés d'Anderson.