Une nouvelle façon de guider efficacement la lumière à des échelles minuscules a été démontrée par une équipe All-A*STAR. Leur méthode, qui consiste à aligner des nanoparticules de silicium, est prometteur pour des applications telles que les circuits intégrés à base de lumière, biocapteurs et communications quantiques.

Le transport de la lumière à petite échelle est essentiel pour de nombreuses applications et est généralement effectué à l'aide de guides d'ondes rectangulaires en silicium, le circuit optique équivalent aux fils des circuits électroniques. Pour réduire davantage les appareils, des nanoparticules métalliques ont été explorées comme alternative, mais alors qu'ils sont très bons pour confiner la lumière à de petites échelles, ils ont tendance à laisser échapper beaucoup de lumière.

Maintenant, Ruben Bakker, Arseniy Kuznetsov et leurs collègues de l'A*STAR Data Storage Institute ont mis au point une méthode plus efficace qui implique une chaîne de nanoparticules de silicium cylindriques. La première nanoparticule est excitée à l'aide de lumière, puis un microscope optique à balayage en champ proche mesure la lumière qui atteint une autre nanoparticule plus loin sur la ligne (voir image). Quand ils ont fait ça, l'équipe a constaté que la chute de l'intensité lumineuse était faible.

"Il s'agit de la première démonstration expérimentale qui montre que les résonateurs couplés peuvent très efficacement guider la lumière à des dimensions fortement inférieures à la longueur d'onde et sur des longueurs de plusieurs centaines de micromètres, " dit Kuznetsov. "C'est la première étape vers une approche complètement nouvelle de la photonique sur silicium."

Les nanoparticules ne sont pas en contact direct les unes avec les autres. Au lieu, la lumière est transférée à la particule suivante par des résonances de champ magnétique. "Chacune de ces particules est un diffuseur résonnant - donc si vous prenez une particule, elle diffusera la lumière dans toutes les directions, " explique Kuznetsov. " Mais quand nous alignons toutes ces particules, ils fonctionnent comme un seul guide d'ondes sans fuite de lumière."

Un gros avantage de l'utilisation des nanoparticules de silicium est qu'elles sont compatibles avec les procédés de fabrication actuellement utilisés par l'industrie des semi-conducteurs. "Vous pouvez utiliser les mêmes processus CMOS pour faire de la photonique sur silicium, ", explique Kuznetsov. "Vous modifiez simplement le masque et la mise en page et ajoutez d'autres composants sans aucune complication supplémentaire."

Bien qu'ayant modélisé le système et son comportement en tant que guide d'ondes avant d'effectuer les mesures, l'équipe était toujours étonnée de voir à quel point cela fonctionnait bien dans la pratique. "Nous avons été surpris que cela fonctionne si bien, " se souvient Bakker. " Nous avons légèrement modifié les géométries, mais les voir si bien fonctionner après seulement quelques itérations était assez inattendu."

L'équipe a déjà démontré le même concept aux longueurs d'onde des télécommunications. Ils travaillent maintenant au développement de divers composants photoniques sur puce basés sur le concept.