Des chercheurs en génie électrique de l'Université du Minnesota ont mis au point un dispositif nanométrique unique qui, pour la première fois, démontre le transport mécanique de la lumière. La découverte pourrait avoir des implications majeures pour la création de dispositifs optiques plus rapides et plus efficaces pour le calcul et la communication.

Le document de recherche du professeur adjoint en génie électrique et informatique de l'Université du Minnesota, Mo Li, et de son étudiant diplômé Huan Li a été publié en ligne et paraîtra dans le numéro d'octobre de Nature Nanotechnologie .

Les chercheurs ont développé un nouveau dispositif à l'échelle nanométrique qui peut capturer, mesurer et transporter des particules fondamentales de lumière, appelés photons. Le petit appareil mesure seulement 0,7 micromètre sur 50 micromètre (environ 0,00007 sur 0,005 centimètre) et fonctionne presque comme une balançoire à bascule. De chaque côté des "bancs à bascule, " les chercheurs ont gravé une série de trous, appelées cavités cristallines photoniques. Ces cavités capturent des photons provenant d'une source proche.

Même si les particules de lumière n'ont pas de masse, les photons capturés pouvaient jouer à la balançoire car ils généraient une force optique. Les chercheurs ont comparé les forces optiques générées par les photons capturés dans les cavités des deux côtés de la balançoire en observant comment la balançoire se déplaçait de haut en bas. De cette façon, les chercheurs ont pesé les photons. Leur appareil est suffisamment sensible pour mesurer la force générée par un seul photon, ce qui correspond à environ un tiers de mille billionième de livre ou un septième de mille billionième de kilogramme.

Le professeur Li et son équipe de recherche ont également utilisé la bascule pour démontrer expérimentalement pour la première fois le contrôle mécanique du transport de la lumière.

« Quand nous avons rempli la cavité du côté gauche de photons et laissé la cavité du côté droit vide, la force générée par les photons a commencé à faire osciller la balançoire. Lorsque l'oscillation était suffisamment forte, les photons peuvent déborder le long du faisceau de la cavité remplie vers la cavité vide à chaque cycle, ", a déclaré Li. "Nous appelons le phénomène "navette de photons".

Plus l'oscillation est forte, plus il y a de photons transférés de l'autre côté. Actuellement, l'équipe a pu transporter environ 1, 000 photons dans un cycle. En comparaison, une ampoule de 10W émet 1020 photons par seconde. L'objectif ultime de l'équipe est de transporter un seul photon dans un cycle afin que la physique quantique de la lumière puisse être révélée et exploitée.

« La capacité de contrôler mécaniquement le mouvement des photons au lieu de les contrôler avec des dispositifs optoélectroniques coûteux et encombrants pourrait représenter une avancée technologique significative, " dit Huan Li, l'auteur principal de l'article.

La recherche pourrait être utilisée pour développer un moyen micromécanique extrêmement sensible pour mesurer l'accélération d'une voiture ou d'un coureur, ou pourrait être utilisé dans le cadre d'un gyroscope pour la navigation, dit Li.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de construire des navettes photoniques sophistiquées avec plus de pièges de chaque côté du dispositif à bascule qui pourraient transporter des photons sur de plus grandes distances et à des vitesses plus rapides. Ils s'attendent à ce que de tels dispositifs puissent jouer un rôle dans le développement de circuits microélectroniques qui utiliseraient la lumière au lieu des électrons pour transporter des données, ce qui les rendrait plus rapides et consommeraient moins d'énergie que les circuits intégrés traditionnels.