Des chercheurs de Skoltech et leurs collègues ont proposé un dispositif photonique à partir de deux résonateurs optiques contenant des cristaux liquides pour étudier les propriétés optiques de ce système qui peuvent être utiles pour les futures générations de dispositifs optoélectroniques et spinoptroniques. L'article a été publié dans la revue Examen physique B .

Le type le plus simple de résonateur optique se compose de deux miroirs directement opposés l'un à l'autre, « serrant » la lumière entre eux. Lorsque vous vous tenez à l'intérieur d'un résonateur miroir, vous voyez des copies infinies de vous-même dans les miroirs; lorsqu'un cristal liquide, comme celui de l'écran de votre ordinateur et de votre smartphone, est placé dans un résonateur beaucoup plus petit et un peu plus complexe, des choses intéressantes ont tendance à se produire. Étant donné que l'orientation des molécules de cristal liquide peut être modifiée en appliquant un courant électrique, les chercheurs ont pu contrôler diverses caractéristiques de propagation de la lumière à l'intérieur du résonateur et, en quelques sortes, simuler le fonctionnement d'appareils électroniques largement utilisés dans nos vies à l'aide de photons.

"L'une des principales tendances de la physique est maintenant la transition des systèmes informatiques électroniques vers les systèmes informatiques photoniques, puisque ces derniers sont capables d'augmenter considérablement la vitesse de traitement et de transmission des informations, ainsi que de réduire potentiellement de manière significative la consommation d'énergie. C'est pourquoi les études de divers types d'architectures photoniques accordables imitant les propriétés des analogues électroniques suscitent un grand intérêt, " dit Pavel Kokhanchik, Étudiant en MSc à Skoltech et premier auteur de l'article.

Kokhanchik, Le professeur Skoltech Pavlos Lagoudakis et leurs collègues ont décidé de voir ce qui se passe si deux de ces résonateurs optiques remplis de cristaux liquides étaient placés très près l'un de l'autre, à une distance de plusieurs micromètres. Les chercheurs s'attendaient à révéler de nouvelles propriétés non inhérentes à une seule microcavité à cristaux liquides (résonateur), qui a fait l'objet d'une enquête récente en collaboration avec des collègues de l'Université de Varsovie.

Les résonateurs, partageant le même "pool" de photons qui les enchevêtre, se comportent un peu comme deux pendules, lequel, lorsqu'il est placé à proximité, se synchronisera pour partager la même fréquence. L'équipe a constaté que dans ce cas, la lumière acquiert de nouvelles propriétés, étudié dans un domaine appelé physique topologique. Ces propriétés peuvent être affinées, ainsi le dispositif augmente le nombre de systèmes physiques qui peuvent être imités à la fois pour des études fondamentales et pour une utilisation pratique.

"Notre travail n'est qu'un petit pas dans le vaste domaine de recherche des analogues photoniques des systèmes électroniques à semi-conducteurs. La recherche fondamentale sera certainement suivie par le compactage de ces dispositifs, leur fabrication sur puce à l'échelle industrielle, et leur intégration dans les appareils du quotidien, mais pour le moment c'est une perspective assez lointaine, " note Pavel Kokhanchik.

Les scientifiques prévoient de mettre en œuvre expérimentalement une double cavité à cristaux liquides pour démontrer la riche physique postulée dans l'article. Ils poursuivront également la recherche de systèmes similaires à double microcavité et les étudieront dans le régime de couplage fort lumière-matière.