Une méthode de conception de matériaux capables de ralentir la propagation de la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde a été développée par des chercheurs de l'A*STAR Institute of High Performance Computing.

La vitesse de la lumière dans le vide est toujours constante, un concept fondamental rendu célèbre par Albert Einstein. Mais la lumière se propage plus lentement lorsqu'elle pénètre dans un autre milieu, comme le verre. Le degré auquel la vitesse est réduite est donné par la constante diélectrique d'un matériau - une constante diélectrique plus élevée indique une propagation plus lente. Plutôt que de compter sur une source limitée de substances naturelles, les scientifiques ont commencé à concevoir des matériaux optiques dotés d'une gamme plus large de propriétés bénéfiques, notamment la lumière « lente ».

Une approche consiste à combiner deux matériaux avec des constantes diélectriques différentes dans une structure périodique. Cela peut entraîner des propriétés qui diffèrent considérablement de celles des matériaux constitutifs, en particulier lorsque l'échelle de longueur de la périodicité est similaire à la longueur d'onde de la lumière. "Ces cristaux dits photoniques, lorsqu'elles sont conçues de manière appropriée et dans des conditions idéales, peut presque arrêter complètement la propagation de la lumière, " déclare Gandhi Alagappan, scientifique d'A*STAR.

L'exigence que la périodicité de la structure soit similaire à la longueur d'onde d'intérêt, cependant, est une limitation pour les applications pratiques. Cela signifie que la plupart de ces matériaux ne fonctionnent qu'avec une lumière d'une seule couleur. Alagappan et son collègue Jason Ching Png ont maintenant développé un schéma pour concevoir des cristaux photoniques qui fonctionnent sur une plus large gamme de longueurs d'onde.

Alagappan et Png ont considéré une structure dans laquelle deux matériaux différents sont superposés. Pour obtenir deux périodicités différentes, cependant, un troisième matériau avec une constante diélectrique à mi-chemin entre les deux autres matériaux serait généralement nécessaire. Cela rend la création physique de la structure difficile. Les chercheurs se sont plutôt concentrés sur le développement d'une technique mathématique pour combiner deux matériaux de telle sorte que le profil diélectrique dans le sens de l'empilement soit presque le même que dans la structure à trois matériaux plus compliquée (voir image).

Alagappan et Png ont simulé les propriétés optiques de leur cristal photonique combiné. Ils ont identifié une large gamme de longueurs d'onde connue sous le nom de région de couplage fort qui a une densité élevée de modes lents.

"Nous avons inventé une architecture optique linéaire multi-échelles qui facilite la création de lumière lente à large bande, " dit Alagappan. " La structure proposée pourrait potentiellement révolutionner les technologies actuelles de mise en mémoire tampon optique. "