Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont découvert une toute nouvelle façon de capturer, amplifier et relier la lumière à la matière au niveau nano. À l'aide d'une petite boîte, construit à partir de matériaux atomiquement minces empilés, ils ont réussi à créer une sorte de boucle de rétroaction dans laquelle la lumière et la matière ne font qu'un. La découverte, qui a été récemment publié dans Nature Nanotechnologie , ouvre de nouvelles possibilités dans le monde de la nanophotonique.

La photonique s'intéresse à divers moyens d'utiliser la lumière. La communication par fibre optique est un exemple de photonique, tout comme la technologie derrière les photodétecteurs et les cellules solaires. Lorsque les composants photoniques sont si petits qu'ils sont mesurés en nanomètres, c'est ce qu'on appelle la nanophotonique. Afin de repousser les limites du possible dans ce petit format, les progrès de la recherche fondamentale sont cruciaux. L'innovante « boîte à lumière » des chercheurs Chalmers fait que les alternances entre lumière et matière se déroulent si rapidement qu'il n'est plus possible de distinguer les deux états. La lumière et la matière ne font plus qu'un.

"Nous avons créé un hybride composé de parties égales de lumière et de matière. Le concept ouvre des portes complètement nouvelles à la fois dans la recherche fondamentale et la nanophotonique appliquée et il y a un grand intérêt scientifique à ce sujet, " dit Ruggero Verre, chercheur au Département de physique de Chalmers et l'un des auteurs de l'article scientifique.

La découverte a eu lieu lorsque Verre et ses collègues départementaux Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat et Mikael Käll ont combiné deux concepts différents de manière innovante. L'équipe de recherche de Mikael Käll travaille sur ce que l'on appelle les nanoantennes, qui peut capturer et amplifier la lumière de la manière la plus efficace. L'équipe de Timur Shegai mène des recherches sur un certain type de matériau bidimensionnel atomiquement mince connu sous le nom de matériau TMDC, qui ressemble au graphène. C'est en combinant le concept d'antenne avec un matériau bidimensionnel empilé que les nouvelles possibilités ont été créées.

Les chercheurs ont utilisé un matériau TMDC bien connu, le disulfure de tungstène, mais d'une manière nouvelle. En créant une minuscule caisse de résonance, un peu comme la caisse de résonance d'une guitare, ils ont pu faire interagir la lumière et la matière à l'intérieur. La caisse de résonance assure que la lumière est captée et rebondit dans un certain "ton" à l'intérieur du matériau, garantissant ainsi que l'énergie lumineuse peut être efficacement transférée aux électrons du matériau TMDC et inversement. On pourrait dire que l'énergie lumineuse oscille entre les deux états - les ondes lumineuses et la matière - alors qu'elle est captée et amplifiée à l'intérieur de la boîte. Les chercheurs ont réussi à combiner la lumière et la matière de manière extrêmement efficace dans une seule particule d'un diamètre de seulement 100 nanomètres, ou 0,00001 centimètre.

Cette solution tout-en-un est une avancée inattendue de la recherche fondamentale, mais peut aussi, espérons-le, contribuer à des solutions plus compactes et plus rentables en photonique appliquée.

"Nous avons réussi à démontrer que des matériaux atomiquement minces empilés peuvent être nanostructurés en de minuscules résonateurs optiques, ce qui est d'un grand intérêt pour les applications photoniques. Comme il s'agit d'une nouvelle façon d'utiliser le matériau, nous appelons cela « nanophotonique TMDC ». Je suis certain que ce domaine de recherche a un bel avenir, " dit Timur Shegai, professeur agrégé au Département de physique de Chalmers et l'un des auteurs de l'article.