Lors de la traversée d'un matériau solide tel que le verre, une onde lumineuse peut déposer une partie de son énergie dans une onde mécanique, entraînant un changement de couleur de la lumière. Ce processus, appelé « diffusion Brillouin, " a des applications techniques importantes. Transmission optique de données à longue portée sur Internet, par exemple, repose sur des amplificateurs générant des ondes mécaniques dans une fibre optique via un puissant champ de lumière laser. Les fréquences auxquelles les ondes mécaniques peuvent être excitées optiquement, et donc les spectres optiques qui peuvent être générés par diffusion Brillouin, sont généralement dictés par les propriétés du matériau. Jusque là, cela a limité l'éventail des applications possibles.

Les chercheurs de l'équipe dirigée par Daniel Lanzillotti-Kimura au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies -C2N (CNRS/Université Paris-Saclay) ont récemment démontré un micropilier constitué de couches alternées de deux matériaux semi-conducteurs qui constitue un nouveau dispositif de contrôle de la lumière avec le son. Le dispositif à micropiliers peut façonner un spectre optique par diffusion Brillouin presque entièrement à volonté. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Optique .

L'astuce principale derrière la polyvalence de l'appareil est de contrôler la lumière et le son avec des pièces séparées. Dans l'installation technologique de pointe du C2N, les chercheurs ont fabriqué des micropiliers dans lesquels les couches internes, avec des épaisseurs extrêmement fines de l'ordre de quelques nanomètres, constituent un résonateur pour les ondes sonores à des fréquences particulièrement élevées de 300 GHz. Ce résonateur est noyé entre des couches plus épaisses, qui confinent de manière résonnante la lumière. Puisque la lumière et le son sont confinés dans la même région spatiale dans les trois dimensions de l'espace, l'appareil est également exceptionnellement efficace dans la génération de diffusion Brillouin par rapport à sa taille.

Dans leur étude, les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique optique pour détecter et optimiser les spectres Brillouin générés sous l'influence d'effets thermiques. Mais l'impact de leur découverte va bien au-delà :les résonateurs à micropiliers peuvent être directement interfacés avec des fibres optiques. Par conséquent, ils constituent une plate-forme prometteuse pour intégrer des sources lumineuses Brillouin avec des nano-circuits optiques sur une puce. Les chercheurs soulignent également que leur dispositif peut être associé à des supports laser actifs et pourrait même être amélioré pour atteindre le régime d'acoustique active, C'est, l'analogue d'onde mécanique d'un laser.