Des chercheurs de la North Carolina State University ont découvert une technique pour contrôler la lumière avec des champs électriques.

"Notre méthode est similaire à la technique utilisée pour fournir les capacités de calcul des ordinateurs, " dit Linyou Cao, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'État de Caroline du Nord et auteur correspondant d'un article sur le travail. « En informatique, un champ électrique est utilisé pour allumer ou éteindre le courant électrique, qui correspond à la logique 1 et à la logique 0, la base du code binaire. Avec cette nouvelle découverte, une lumière peut être contrôlée pour être forte ou faible, diffus ou focalisé, pointant une direction ou d'autres par un champ électrique. Nous pensons que, tout comme les ordinateurs ont changé notre façon de penser, cette nouvelle technique va probablement changer notre façon de regarder. Par exemple, il peut façonner une lumière en motifs arbitraires, qui peuvent trouver des applications dans les lentilles et projecteurs de réalité virtuelle sans lunettes, l'industrie du film d'animation ou le camouflage."

Contrôler la lumière avec des champs électriques est difficile. photons, les unités de base de la lumière, sont neutres - ils sont gratuits, ils ne réagissent donc généralement pas aux champs électriques. Au lieu, la lumière peut être contrôlée en ajustant l'indice de réfraction des matériaux. L'indice de réfraction fait référence à la façon dont les matériaux réfléchissent, transmettre, disperser et absorber la lumière. Plus on peut contrôler l'indice de réfraction d'un matériau, plus vous avez de contrôle sur la lumière qui interagit avec ce matériau.

"Malheureusement, il est très difficile d'accorder l'indice de réfraction avec des champs électriques, " explique Cao.  " Les techniques précédentes ne pouvaient modifier l'indice de lumière visible que de 0,1 à 1 % au maximum. "

Cao et ses collaborateurs ont développé une technique qui leur permet de modifier de 60 % l'indice de réfraction de la lumière visible dans certains matériaux semi-conducteurs, soit deux ordres de grandeur de mieux que les résultats précédents. Les chercheurs ont travaillé avec une classe de matériaux semi-conducteurs atomiquement minces appelés monocouches de dichalcogénure de métal de transition. Spécifiquement, ils travaillaient avec des films minces de sulfure de molybdène, sulfure de tungstène et séléniure de tungstène.

"Nous avons modifié l'indice de réfraction en appliquant une charge aux matériaux semi-conducteurs bidimensionnels de la même manière que l'on appliquerait une charge aux transistors d'une puce informatique, " dit Cao. " En utilisant cette technique, nous avons obtenu des résultats significatifs, des changements réglables de l'indice dans la plage rouge du spectre visible."

Actuellement, la nouvelle technique permet aux chercheurs d'ajuster l'indice de réfraction de n'importe quel montant jusqu'à 60 pour cent - plus la tension appliquée au matériau est élevée, plus le degré de variation de l'indice est grand. Et, parce que les chercheurs utilisent les mêmes techniques que celles que l'on trouve dans les technologies de transistors informatiques existantes, ces changements sont dynamiques et peuvent être effectués des milliards de fois par seconde.

"Cette technique peut fournir des capacités pour contrôler l'amplitude et la phase de la lumière pixel par pixel d'une manière aussi rapide que les ordinateurs modernes, " dit Yiling Yu, un récent diplômé de NC State et auteur principal de l'article.

"Ce n'est qu'un premier pas, " Cao dit. "Nous pensons que nous pouvons optimiser la technique pour obtenir des changements encore plus importants dans l'indice de réfraction. Et nous prévoyons également d'explorer si cela pourrait fonctionner à d'autres longueurs d'onde du spectre visuel."

Cao et son équipe recherchent également des partenaires industriels pour développer de nouvelles applications pour la découverte.