Lorsque vous regardez le ciel et voyez des nuages aux formes merveilleuses, ou que vous avez du mal à regarder à travers un brouillard dense et brumeux, vous voyez les résultats de la « diffusion Mie », qui se produit lorsque la lumière interagit avec des particules d'une certaine taille. Il existe un nombre croissant de recherches visant à manipuler ce phénomène et à rendre possible une gamme de technologies passionnantes.
Or, dans une étude récemment publiée dans Nature Communications , une équipe de recherche multi-institutionnelle comprenant l'Université d'Osaka a surmonté ce que l'on pensait être des limites fondamentales quant à la manière d'améliorer l'efficacité de la diffusion Mie. L'article est intitulé "Ingénierie multipolaire par résonance de déplacement :un nouveau degré de liberté de résonance de Mie."
Les chercheurs dans le domaine de la métaphotonique utilisent des phénomènes tels que la diffusion de Mie pour générer des résultats de dispositifs impossibles avec les nanomatériaux conventionnels, par exemple la technologie de surveillance à faible consommation.
Cependant, depuis de nombreuses années, les chercheurs pensent que la diffusion de Mie ne peut être manipulée qu’en modifiant la longueur d’onde de la lumière ou la taille de la nanostructure avec laquelle elle interagit. Surmonter cette limitation, en développant les études récentes axées sur l'alignement entre le laser et les nanostructures, était l'objectif du présent travail.
"Dans notre approche, nous alignons mal le laser incident", explique Yu-Lung Tang, auteur principal de l'étude. "En d'autres termes, nous déplaçons la position d'éclairage à l'échelle nanométrique du centre de la nanostructure cible."
Ce faisant, les chercheurs ont découvert que la diffusion présentée par les nanostructures de silicium dépendait de l’ampleur du désalignement du laser étroitement focalisé avec le centre de la nanostructure. Un désalignement de seulement 100 nanomètres pourrait induire une diffusion résonante Mie maximisée qui était auparavant obscurcie parce que la microscopie conventionnelle utilise un éclairage par ondes planes.
Ces découvertes pourraient augmenter l’efficacité des technologies optiques. Par exemple, les travaux de l'équipe pourraient aider les chercheurs à développer des transistors entièrement optiques, c'est-à-dire des transistors qui utilisent la lumière au lieu de l'électricité et dépassent les performances de leurs homologues électroniques conventionnels.
"Nous sommes ravis car nous avons développé les principes fondamentaux de la théorie de la lumière centenaire sur la diffusion de Mie", déclare Junichi Takahara, auteur principal. "Les applications sont vastes et actuellement en cours dans notre laboratoire."
Ce travail constitue une avancée importante dans notre compréhension des interactions lumière-matière. De plus, ces résultats ne se limitent pas au silicium et le laser incident n'a pas besoin d'être une longueur d'onde visible, encourageant des progrès passionnants en méta-photonique et rapprochant des technologies fantastiques telles que les dispositifs de masquage de la réalité.
Plus d'informations : Yu-Lung Tang et al, Ingénierie multipolaire par résonance de déplacement :un nouveau degré de liberté de résonance de Mie, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-43063-y
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université d'Osaka
