Dans un laboratoire de l'USC, Mercedeh Khajavikhan conçoit de nouvelles structures qui modifient la forme de la lumière lors de son transport. Elle crée des structures révolutionnaires dans un domaine scientifique appelé photonique. Son travail est important car il touche beaucoup de choses utilisées dans la vie quotidienne, y compris les lasers pour l'imagerie et la détection, des câbles à fibres optiques pour les communications avancées et des puces informatiques pour augmenter les capacités de traitement à un niveau dont les générations précédentes n'auraient pas pu rêver.

Nous avons rattrapé Khajavikhan, la chaire IBM Early Career et professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'USC Viterbi School of Engineering, pour parler du projet sur lequel travaille son équipe.

Sur quoi travaillez-vous ?

Notre laboratoire mène des recherches qui combinent des théories de pointe en mathématiques et en physique avec la photonique pour créer de nouvelles conceptions d'ingénierie qui façonnent la lumière d'une manière que nous ne pourrions pas faire sans marier les deux domaines.

Qu'est-ce que la photonique ?

La photonique est un domaine scientifique relativement nouveau qui a environ 100 ans. Tout tourne autour de la lumière :nouveaux types de lasers, flux holographiques, lumière qui transmet des informations, différentes façons de projeter la lumière et de l'utiliser à travers les structures. Il s'agit de changer les structures aux limites de l'optique, que tout doit être symétrique. Si tu dépasses ça, vous obtenez alors de nouvelles opportunités pour faire bouger la lumière plus efficacement que les lasers standard.

Qu'est-ce qu'un « système photonique actif » ?

Les systèmes photoniques actifs sont des matériaux utilisés pour manipuler la lumière, et ils sont plus importants pour la vie moderne que les gens ne le pensent. Dans les dispositifs médicaux, ils pourraient être utilisés pour améliorer la détection et la collecte de données. Lorsqu'il est mis en œuvre dans des semi-conducteurs, ils augmentent considérablement la puissance de calcul. Ils jouent un rôle important dans la navigation, où les gyroscopes photoniques offrent des capacités GPS améliorées. La lumière peut même être manipulée pour la transmission optique de données. En réalité, certaines nouvelles formes de faisceaux lumineux torsadés pourraient rendre la vitesse de nos fibres optiques actuelles totalement obsolète.

Quels types d'entreprises sont intéressés par cette recherche ?

La photonique joue un rôle important dans tant de technologies, vous pouvez donc imaginer que beaucoup d'industries sont intéressées ; tout depuis la communication, transport et défense, au divertissement, santé, et fabrication. Il est difficile d'imaginer de nombreux domaines de l'ingénierie qui ne bénéficient pas directement de la recherche en photonique. Toute industrie à laquelle vous pouvez penser bénéficierait directement de plus petites, plus intelligent, une technologie plus programmable—la photonique est essentielle à cela.

Un domaine particulier qui se démarque est la fabrication de semi-conducteurs. Aujourd'hui, les États-Unis risquent de prendre du retard sur leurs concurrents, ce qui a de graves conséquences pour notre économie et notre sécurité.

Quel est votre objectif dans la recherche ?

Pour déplacer les frontières de la science. Ce qui m'intéresse le plus, c'est d'acquérir des connaissances parce que la connaissance est une chose merveilleuse. J'aime le défi, et la photonique est un domaine où vous pouvez repousser les limites pour créer une lumière non symétrique - à quel point vous pouvez déformer sa structure tout en conservant sa forme.

Qu'est-ce qui vous a conduit vers l'ingénierie au lieu de la physique traditionnelle ?

Je voulais être physicien, mais mon père a dit d'étudier l'ingénierie parce que sinon tu finiras comme professeur de lycée. En travaillant dans le génie électrique électro-physique, nous sommes capables de faire des applications dans le monde réel. L'USC est un bon endroit pour cela car il y a beaucoup de professeurs.

Sur quoi portent vos dernières recherches ?

Nous avons publié un article dans Physique de la nature qui montre comment nous avons construit une forme de lumière jamais vue auparavant. La création d'une nouvelle forme de lumière peut être considérée comme quelque chose comme l'écriture d'un nouvel algorithme ou d'un nouveau morceau de code informatique; il a le potentiel de conduire à un certain nombre d'avancées technologiques, selon la créativité de l'ingénieur. C'est possible notre forme légère, et d'autres aiment ça, contribuera un jour à changer la nature des communications, l'informatique, le transport ou un certain nombre d'autres industries sur lesquelles la société s'appuie chaque jour.

Plus nous nous améliorons dans la construction de ces matériaux, et plus nous y pensons de manière créative, plus nous pouvons faire. Vous pourriez considérer les systèmes photoniques comme des Legos. Vous pouvez construire beaucoup de choses incroyables avec Legos, même si les pièces ne se connectent que des deux côtés et toujours de la même manière. Mais si un jour vous inventiez des pièces capables de se connecter de tous les côtés et de se déplacer et de changer de couleur, vous seriez capable de faire des choses que vous n'auriez jamais imaginées auparavant. C'est ce que j'aime dans les systèmes photoniques :chaque nouvelle structure que nous concevons et chaque nouveau matériau que nous construisons ouvre des possibilités auparavant inimaginables.