Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour et leurs collaborateurs ont dévoilé un nouveau concept appelé « couplage supercritique » qui permet de multiplier par plusieurs l'efficacité de la conversion ascendante des photons. Cette découverte remet non seulement en question les paradigmes existants, mais ouvre également une nouvelle direction dans le contrôle de l'émission lumineuse.
La conversion ascendante de photons, le processus de conversion de photons de faible énergie en photons de plus haute énergie, est une technique cruciale avec de vastes applications, allant de l'imagerie à super-résolution aux dispositifs photoniques avancés. Malgré des progrès considérables, la recherche d'une conversion ascendante efficace des photons a été confrontée à des défis en raison des limitations inhérentes à l'irradiation des nanoparticules dopées aux lanthanides et aux conditions de couplage critiques des résonances optiques.
Le concept de « couplage supercritique » joue un rôle central pour relever ces défis. Cette approche fondamentalement nouvelle, proposée par une équipe de recherche dirigée par le professeur Liu Xiaogang du Département de chimie de la NUS et son collaborateur, le Dr Gianluigi Zito du Conseil national de recherches d'Italie, s'appuie sur la physique des « états liés dans le continuum » ( BIC).
Les BIC sont des phénomènes qui permettent de piéger la lumière dans des structures ouvertes avec des durées de vie théoriquement infinies, dépassant les limites du couplage critique. Ces phénomènes sont différents du comportement habituel de la lumière.
En manipulant l'interaction entre les modes sombre et clair au sein de ces structures, similaire à l'analogue classique de la transparence induite électromagnétiquement, les chercheurs ont non seulement amélioré le champ optique local, mais ont également contrôlé avec précision la direction de l'émission de la lumière.
Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Nature .
La validation expérimentale du couplage supercritique marque un pas en avant significatif, démontrant une augmentation de huit ordres de grandeur de la luminescence de conversion ascendante. La configuration expérimentale implique une nanoplaque de cristaux photoniques recouverte de nanoparticules de conversion ascendante. Ces nanoparticules servent de sources micrométriques et de lasers.
Les propriétés uniques des BIC, caractérisées par une dispersion lumineuse négligeable et des dimensions microscopiques des spots lumineux, ont été exploitées pour obtenir une précision dans la mise au point et le contrôle directionnel de la lumière émise. Cela ouvre de nouvelles voies pour contrôler l'état de la lumière.
Le professeur Liu a déclaré :« Cette percée n'est pas seulement une découverte fondamentale, mais représente un changement de paradigme dans le domaine de la nanophotonique, modifiant notre compréhension de la manipulation de la lumière à l'échelle nanométrique. Les implications du couplage supercritique s'étendent au-delà de la conversion ascendante des photons et offrent des avancées potentielles dans le domaine quantique. photonique et divers systèmes basés sur des résonateurs couplés."
"Alors que la communauté des chercheurs se penche sur les implications de ce travail, la porte est ouverte vers un avenir où la lumière, l'un des éléments les plus fondamentaux de notre univers, pourra être contrôlée avec une précision et une efficacité inégalées", a ajouté le professeur Liu.
Plus d'informations : Chiara Schiattarella et al, Conversion ascendante géante directive par états liés supercritiques dans le continuum, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-023-06967-9
Informations sur le journal : Nature
Fourni par l'Université nationale de Singapour
