Haffner et ses collègues, qui incluent Vladimir Aksyuk et Henri Lezec du NIST, disent que leurs découvertes peuvent surprendre de nombreux membres de la communauté scientifique, car les résultats contredisent des croyances de longue date. Certains chercheurs ont pensé que les interrupteurs opto-électro-mécaniques ne seraient pas pratiques car ils seraient encombrants, fonctionnent trop lentement et nécessitent des tensions trop élevées pour être tolérées par les composants d'une puce informatique.

L'interrupteur exploite la nature ondulatoire de la lumière. Lorsque deux ondes lumineuses identiques se rencontrent, ils peuvent se superposer de telle sorte que la crête d'une vague aligne ou renforce la crête de l'autre, créant un motif lumineux connu sous le nom d'interférence constructive. Les deux vagues peuvent aussi être exactement décalées, de sorte que la vallée d'une vague annule la crête de l'autre, résultant en un motif sombre - une interférence destructrice.

Dans la configuration de l'équipe, un faisceau lumineux est limité à voyager à l'intérieur d'une autoroute miniature, un canal en forme de tube connu sous le nom de guide d'ondes. Cette autoroute linéaire est conçue de manière à avoir une bretelle de sortie - une partie de la lumière peut sortir dans une cavité en forme de piste de course, à quelques nanomètres, gravé dans un disque de silicium. Si la lumière a juste la bonne longueur d'onde, il peut faire plusieurs fois le tour du circuit avant de quitter la cavité en silicium.

Le commutateur a un autre composant crucial :une fine membrane d'or suspendue à quelques dizaines de nanomètres au-dessus du disque de silicium. Une partie de la lumière circulant dans le circuit de silicium s'échappe et frappe la membrane, induisant des groupes d'électrons à la surface de la membrane à osciller. Ces oscillations, connu sous le nom de plasmons, sont une sorte d'hybride entre une onde lumineuse et une onde électronique :les électrons oscillants ressemblent à l'onde lumineuse entrante en ce sens qu'ils vibrent à la même fréquence, mais ils ont une longueur d'onde beaucoup plus courte. La longueur d'onde plus courte permet aux chercheurs de manipuler les plasmons sur des distances nanométriques, beaucoup plus courte que la longueur de l'onde lumineuse d'origine, avant de reconvertir les oscillations en lumière. Cette, à son tour, permet au commutateur optique de rester extrêmement compact.

En modifiant la largeur de l'espace entre le disque de silicium et la membrane d'or de quelques nanomètres seulement, les chercheurs pourraient retarder ou avancer la phase de l'onde lumineuse hybride, le moment où l'onde atteint une crête ou une vallée. Même de minuscules variations dans la largeur de l'écart, ce que l'équipe a accompli en pliant électrostatiquement la membrane d'or, considérablement modifié la phase.

Selon combien l'équipe avait avancé ou retardé la phase de la vague, lorsqu'il s'est recombiné avec la lumière circulant toujours sur l'autoroute en forme de tube, les deux faisceaux interféraient soit de manière constructive, soit de manière destructive (voir animation). Si les faisceaux lumineux correspondent pour interférer de manière constructive, la lumière continuera dans sa direction d'origine, voyageant dans le tube. Mais si les faisceaux lumineux interfèrent de manière destructive, s'annulant, cette voie est bloquée. Au lieu, la lumière doit se déplacer dans une autre direction, déterminé par l'orientation d'autres guides d'ondes, ou des itinéraires, placé à proximité de la voie bloquée. De cette façon, la lumière peut être commutée à volonté sur l'une des centaines d'autres puces informatiques.

Les scientifiques avaient autrefois pensé qu'un système plasmonique atténuerait considérablement les signaux lumineux car les photons pénétreraient à l'intérieur de la membrane d'or, où les électrons absorberaient une grande partie de l'énergie lumineuse.

Mais les chercheurs ont maintenant prouvé que cette hypothèse était fausse. La compacité de l'appareil et une conception garantissant que peu de photons pénètrent dans la membrane ont entraîné une perte de seulement 2,5% du signal lumineux, contre 60% avec les commutateurs précédents. Cela met l'interrupteur, bien qu'encore un prototype, à portée d'applications commerciales.

L'équipe travaille maintenant à rendre l'appareil encore plus petit en raccourcissant la distance entre le disque de silicium et la membrane en or. Cela réduirait encore la perte de signal, rendre la technologie encore plus attrayante pour l'industrie.