Lumière tordue. La lumière laser à polarisation circulaire traverse le dispositif PCN et sort de l'autre côté sous forme de VUV polarisé dans la direction opposée. Crédit :Konishi et al.
La spectroscopie est l'utilisation de la lumière pour analyser des objets physiques et des échantillons biologiques. Différents types de lumière peuvent fournir différents types d'informations. La lumière ultraviolette sous vide est utile car elle peut aider les personnes dans un large éventail de domaines de recherche, mais la génération de cette lumière a été difficile et coûteuse. Les chercheurs ont créé un nouveau dispositif pour générer efficacement ce type spécial de lumière à l'aide d'un film ultrafin avec des perforations à l'échelle nanométrique.
Les longueurs d'onde de la lumière que vous voyez avec vos yeux ne constituent qu'une fraction des longueurs d'onde possibles de la lumière qui existent. Il y a de la lumière infrarouge que vous pouvez ressentir sous forme de chaleur, ou voir si tu es un serpent, qui a une longueur d'onde plus longue que la lumière visible. À l'opposé se trouve la lumière ultraviolette (UV) que vous pouvez utiliser pour produire de la vitamine D dans votre peau, ou voyez si vous êtes une abeille. Ces formes de lumière et d'autres ont de nombreuses utilisations en science.
Dans la gamme UV se trouve un sous-ensemble de longueurs d'onde connues sous le nom de lumière ultraviolette sous vide (VUV), ainsi appelés parce qu'ils sont facilement absorbés par l'air mais peuvent passer à travers le vide. Certaines longueurs d'onde VUV de l'ordre de 120 à 200 nanomètres sont particulièrement utiles aux scientifiques et aux chercheurs en médecine car elles peuvent être utilisées pour des analyses chimiques et physiques de différents matériaux et même d'échantillons biologiques.
Cependant, il y a plus à la lumière qu'une longueur d'onde. Pour que VUV soit vraiment utile, il doit également être tordu ou polarisé d'une manière appelée polarisation circulaire. Méthodes existantes pour produire des VUV, comme l'utilisation d'accélérateurs de particules ou de plasmas laser, présentent de nombreux inconvénients, y compris le coût, échelle et complexité. Mais aussi, ceux-ci ne peuvent produire que des VUV polarisés linéaires non torsadés. S'il y avait un moyen simple de faire du VUV polarisé circulaire, ce serait extrêmement bénéfique. Le professeur adjoint Kuniaki Konishi de l'Institute for Photon Science and Technology de l'Université de Tokyo et son équipe pourraient bien avoir la réponse.
L'espacement compte. L'efficacité de l'appareil dépend fortement de l'espacement des trous. Dans cette simulation, les trous distants de 600 nm (à gauche) fournissent des résultats bien meilleurs que les trous distants de 500 nm (à droite). Crédit :Konishi et al.
"Nous avons créé un appareil simple pour convertir la lumière laser visible polarisée circulairement en VUV polarisé circulairement, tordu dans le sens opposé, " a déclaré Konishi. "Notre nanomembrane diélectrique à cristal photonique (PCN) se compose d'une feuille faite d'un cristal à base d'oxyde d'aluminium (ℽ-Al2O3) de seulement 48 nm d'épaisseur. Il repose sur une feuille de silicium de 525 micromètres d'épaisseur qui a des trous de 190 nm de large découpés à 600 nm de distance."
À nos yeux, la membrane PCN ressemble à une surface plate sans relief, mais sous un microscope puissant, le motif des perforations peut être vu. Cela ressemble un peu aux trous d'une pomme de douche qui augmentent la pression de l'eau pour faire des jets.
"Lorsque des impulsions de lumière laser bleue à polarisation circulaire d'une longueur d'onde de 470 nm éclairent ces canaux dans le silicium, le PCN agit sur ces impulsions et les tord en sens inverse, " a déclaré Konishi. " Il réduit également leurs longueurs d'onde à 157 nm, ce qui est bien dans la plage de VUV qui est si utile en spectroscopie. "
Avec de courtes impulsions de VUV polarisé circulairement, les chercheurs peuvent observer des phénomènes physiques rapides ou de courte durée à l'échelle submicrométrique qui sont autrement impossibles à voir. De tels phénomènes incluent les comportements des électrons ou des biomolécules. Cette nouvelle méthode de génération de VUV peut donc être utile aux chercheurs en médecine, sciences de la vie, chimie moléculaire et physique du solide. Bien qu'une méthode similaire ait déjà été démontrée, il a produit des longueurs d'onde plus longues moins utiles, et l'a fait en utilisant un film à base de métal qui est sujet à une dégradation rapide en présence de lumière laser. PCN est beaucoup plus robuste à cela.
« Je suis heureux que, grâce à notre étude du PCN, nous avons trouvé une nouvelle application utile pour la conversion de lumière polarisée circulairement, générer des VUV avec l'intensité requise pour le rendre idéal pour la spectroscopie, " a déclaré Konishi. " Et il était surprenant que la membrane PCN puisse survivre au bombardement répété de la lumière laser, contrairement aux appareils à base de métal précédents. Cela le rend approprié pour une utilisation en laboratoire où il peut être utilisé intensivement sur de longues périodes. Nous l'avons fait pour la science fondamentale et j'espère voir de nombreux types de chercheurs faire bon usage de notre travail. »
