un croquis du montage expérimental ; l'encart montre une micrographie électronique à balayage (MEB) de la microstructure des fibres de cristal photonique. La séquence de solitons supramoléculaire se propageant dans cette cavité laser à fibre entraîne une résonance acoustique dans le cœur du PCF, créer un réseau optomécanique. Chaque unité du réseau optomécanique peut accueillir plusieurs solitons. Fibre dopée erbium EDF, Multiplexeur WDM en longueur d'onde, diode laser LD, coupleur de sortie OC, Contrôleur de polarisation de fibre FPC, Atténuateur accordable TA, Isolateur ISO. b Au sein de chaque unité du réseau optomécanique, une force d'attraction optomécanique à longue portée apparaît entre les solitons. c Une force de répulsion concurrente apparaît en raison des perturbations des ondes dispersives. L'encart montre un spectre de solitons typique avec deux bandes latérales Kelly d'intensités inégales. d La compétition entre ces deux forces à longue portée forme un potentiel temporel, piégeant le deuxième soliton. e Des unités multi-solitons stables peuvent se former par accumulation en cascade de potentiels de piégeage. f La gigue temporelle d'un soliton individuel dans une supramolécule est analogue au mouvement thermique d'une seule particule piégée dans un potentiel harmonique. Crédit: Communication Nature (2019). DOI :10.1038/s41467-019-13746-6
Curtis Meniouk, professeur d'informatique et de génie électrique à l'Université du Maryland, Comté de Baltimore (UMBC), a collaboré avec une équipe dirigée par Philip Russell au Max-Planck Institute for the Science of Light (MPI) à Erlangen, Allemagne, pour mieux comprendre les systèmes moléculaires naturels à l'aide de solitons optiques dans les lasers. Les solitons optiques sont des paquets de lumière qui sont liés ensemble et se déplacent à une vitesse constante sans changer de forme. Ce travail, Publié dans Communication Nature , a été initié alors que Menyuk était chercheur principal Humboldt dans la division Russell à MPI.
Les solitons sont omniprésents dans la nature, et une vague de tsunami est un exemple de soliton naturel. Les solitons optiques dans les lasers ont de nombreuses applications et sont utilisés pour mesurer des fréquences avec une précision sans précédent. En particulier, ils ont été utilisés pour mesurer le temps, améliorer la technologie GPS, et détecter les planètes lointaines.
Les solitons optiques peuvent être étroitement liés les uns aux autres dans les lasers pour former des molécules de solitons analogues aux molécules naturelles, qui sont constitués d'atomes liés de manière covalente. Menyuk et ses collègues du MPI ont démontré expérimentalement que ce concept peut être étendu pour créer des supramolécules optiques.
Les supramolécules optiques sont grandes, des réseaux complexes de molécules optiques faiblement liées qui sont similaires aux supramolécules naturelles, qui sont faiblement liés par des liaisons non covalentes. Les supramolécules naturelles sont utilisées pour stocker et manipuler chimiquement les informations dont les systèmes biologiques ont besoin pour fonctionner. Ces supramolécules sont connues pour jouer un rôle fondamental en biochimie, notamment en chimie « hôte-invité », qui décrit deux molécules ou plus qui sont maintenues ensemble structurellement par des forces autres que des liaisons covalentes.
Le travail de Menyuk et de ses collaborateurs a réuni ces deux courants de pensée apparemment sans rapport :les solitons optiques et les supramolécules. L'équipe de recherche a montré qu'il est possible de stocker et de manipuler des informations codées dans la configuration des solitons qui composent une supramolécule optique.
"Réunir des idées de deux domaines scientifiques apparemment sans rapport est l'un des outils les plus puissants dont disposent les ingénieurs pour progresser, " dit Menyuk.
Les analogues optiques d'autres systèmes physiques et naturels ont joué un rôle important dans l'amélioration de notre compréhension de ces systèmes, et cette compréhension peut conduire à de nouvelles applications. En imitant les processus que les systèmes biologiques utilisent dans un système laser à grande échelle qui peut être manipulé et compris avec une relative facilité, Menyuk et ses collègues espèrent mieux comprendre ces systèmes et ouvrir la porte à de nouvelles applications biomimétiques.
