En 1961, le physicien Ugo Fano a fourni la première explication théorique à une asymétrie anormale observée dans les profils spectraux des gaz rares. Il a proposé une interprétation percutante de ce phénomène, maintenant appelé 'Résonance Fano, ' indiquant que si un état excité discret d'un système tombe dans la gamme d'énergie d'un continuum d'autres états possibles, ces deux éléments peuvent interférer les uns avec les autres et donner lieu à des pics et des creux anormaux dans la réponse en fréquence du système.

Bien que la résonance Fano puisse se produire dans divers systèmes physiques, les progrès récents des métasurfaces et des nanotechnologies ont attiré l'attention sur ce phénomène en tant qu'outil potentiellement puissant en optique. La compréhension conventionnelle des résonances optiques de Fano est qu'elles sont sélectives dans le domaine impulsion-fréquence; en d'autres termes, ils ne peuvent être excités que par des ondes lumineuses planes avec des fréquences et des angles d'incidence spécifiques, limitant ainsi leur applicabilité. Mais cette image pourrait-elle être incomplète ?

Dans une étude récente publiée dans Photonique avancée , les scientifiques Adam Overvig et Andrea Alù du Centre de recherche avancée, Université de la ville de New York, ETATS-UNIS, ont étudié les métasurfaces résonantes de Fano et découvert de nouvelles propriétés qui pourraient libérer leur véritable potentiel. Overvig et Alù sont allés au-delà des métasurfaces périodiques classiquement utilisées pour susciter des résonances de Fano, prouver qu'une périodicité stricte n'est pas réellement requise pour permettre ce phénomène, et par conséquent, les métasurfaces existantes ne représentent qu'un sous-ensemble spécifique des résonances de Fano qui peuvent émerger dans les systèmes optiques.

Un exemple général est utile pour obtenir l'essentiel de l'étude. Un conventionnel, La métasurface périodique Fano-résonante offre une forte polarisation, et la sélectivité à la fois spectrale et angulaire. Cela signifie que le système réfléchit à peine la lumière d'une fréquence donnée, angle d'incidence, et la polarisation à moins qu'ils ne correspondent spécifiquement à ceux de sa résonance Fano (auquel cas, réflexion parfaite se produit). Comme indiqué précédemment, un autre aspect important de ces métasurfaces périodiques est qu'elles ne peuvent subir des résonances de Fano que si les ondes lumineuses incidentes ont un front d'onde plan. Contrairement à ces limitations, les chercheurs ont prouvé qu'il est possible de fabriquer une métasurface non périodique qui réalise une réflexion parfaite, curieusement accompagné d'une conjugaison de phase des champs entrants, pour les ondes lumineuses avec une forme et une forme de front d'onde arbitrairement adaptées.

Overvig et Alù ont mathématiquement démontré que ces métasurfaces peuvent être construites en introduisant stratégiquement des perturbations non périodiques dans des plaques de cristal photonique par ailleurs hautement périodiques. Leurs travaux mettent en lumière des aspects encore inexplorés de la résonance optique de Fano, étendre le concept au-delà de la compréhension conventionnelle.

La stratégie proposée a de multiples applications pertinentes, comme le résume Alù :« ​​Notre constat généralise le concept d'une résonance de Fano, montrant qu'il n'est pas nécessairement associé à un front d'onde plan. En pratique, cela permet une nouvelle classe de dispositifs optiques qui sont transparents et interagissent faiblement avec la lumière entrante pour la plupart des excitations mais sont en quelque sorte déclenchés par une forme de front d'onde spécifique, la fréquence, et polarisation, qui peut être sélectionné par conception. Seulement sous cette condition d'excitation spécifique, l'appareil devient hautement réfléchissant et renvoie une version inversée dans le temps de l'entrée spécifique."

Il détaille la fonctionnalité de tels dispositifs :« Un exemple peut être une surface transparente qui peut être éclairée sous n'importe quel angle et n'importe quelle fréquence et polarisation, et c'est toujours transparent. Cependant, si vous l'éclairez avec une source ponctuelle localisée placée à un endroit spécifique uniquement, avec la fréquence et la polarisation précises, toute l'énergie d'entrée est réfléchie et focalisée à l'emplacement de la source."

Le concept introduit de résonances Fano généralisées pourrait ouvrir la voie à des métamatériaux sophistiqués qui manipulent la lumière de nouvelles manières, avec des applications passionnantes dans un nombre disparate de scénarios non limités à l'optique, mais également extensible à l'acoustique et à d'autres phénomènes ondulatoires.