Des atomes ou des molécules isolés emprisonnés par la lumière laser dans une cage métallique en forme de beignet pourraient déverrouiller la clé de dispositifs de stockage avancés, ordinateurs et instruments à haute résolution.

Dans un article publié en Examen physique A , une équipe composée d'Ali Passian du Laboratoire national d'Oak Ridge du Département de l'énergie et de Marouane Salhi et George Siopsis de l'Université du Tennessee décrit de manière conceptuelle comment les physiciens peuvent exploiter l'énergie d'une molécule pour faire avancer un certain nombre de domaines.

« Une seule molécule a plusieurs degrés de liberté, ou des manières d'exprimer son énergie et sa dynamique, y compris les vibrations, rotations et translations, " dit Passian. " Pendant des années, les physiciens ont cherché des moyens de tirer parti de ces états moléculaires, y compris comment ils pourraient être utilisés dans des instruments de haute précision ou comme dispositif de stockage d'informations pour des applications telles que l'informatique quantique. »

Attraper une molécule avec un minimum de perturbation n'est pas une tâche facile, compte tenu de sa taille - environ un milliardième de mètre - mais cet article propose une méthode qui peut surmonter cet obstacle.

Lors de l'interaction avec la lumière laser, la nanostructure toroïdale en anneau - un peu comme un beignet rétréci un million de fois - peut piéger les molécules les plus lentes en son centre. Cela se produit comme le nano-piège, qui peut être réalisé en or par des techniques classiques de nanofabrication, crée un champ de force très localisé entourant les molécules. L'équipe envisage d'utiliser des techniques de microscopie à sonde à balayage pour accéder à des nano-pièges individuels qui feraient partie d'un réseau.

"Le microscope à sonde à balayage offre une grande maniabilité à l'échelle nanométrique en termes de mesure de forces extrêmement faibles, " a déclaré Passian. "C'est une capacité qui sera sans aucun doute utile pour les futures expériences de piégeage.

"Une fois pris au piège, nous pouvons interroger les molécules pour leurs propriétés spectroscopiques et électromagnétiques et les étudier isolément sans perturbation des molécules voisines."

Alors que les démonstrations précédentes de piégeage de molécules se sont appuyées sur de grands systèmes pour confiner des particules chargées telles que des ions simples, ce nouveau concept va dans le sens inverse, à l'échelle nanométrique. Prochain, Passien, Siopsis et Salhi prévoient de construire de véritables nanopièges et de mener des expériences pour déterminer la faisabilité de la fabrication d'un grand nombre de pièges sur une seule puce.

« En cas de succès, ces expérimentations pourraient permettre de mettre en place des dispositifs de stockage et de traitement d'informations qui dépassent largement ce que nous avons aujourd'hui, nous rapprochant ainsi de la réalisation des ordinateurs quantiques, " dit Passian.

Salhi envisage un avenir similaire, en disant, « Ces avancées dévoilent la beauté de la réponse optique pour de nombreuses géométries complexes et ouvrent la porte à la fabrication artisanale de l'environnement électromagnétique. Nous envisageons des applications non seulement pour le piégeage, mais également pour la conception de nouveaux dispositifs optiquement actifs.