La vitesse de la lumière peut être intentionnellement réduite dans divers médias. Diverses techniques ont été développées au fil des années pour ralentir la lumière, notamment la transparence induite électromagnétiquement (EIT), le condensat de Bose-Einstein (BEC), les cristaux photoniques et la diffusion Brillouin stimulée (SBS).
Notamment, des chercheurs de Harvard, dirigés par Lene Vestergaard Hau, ont réduit la vitesse de la lumière à 17 m/s dans un gaz atomique ultra-froid en utilisant l'EIT, ce qui a suscité l'intérêt pour l'exploration des analogues de l'EIT dans les métasurfaces, une plateforme transformatrice en optique et photonique.
Malgré leurs avantages, les structures à lumière lente sont confrontées à un défi de taille :la perte, qui limite le temps de stockage et la durée d'interaction. Ce problème est particulièrement grave pour les analogues métasurfaces de l'EIT en raison de la perte par diffusion des nanoparticules et parfois de la perte par absorption des matériaux.
Dans une étude publiée dans Nano Letters , le Dr Li Guangyuan et ses collègues de l'Institut de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences ont présenté une nouvelle stratégie pour réaliser un analogue métasurface de l'EIT tout en supprimant efficacement les pertes.
Contrairement aux analogues métasurfaces conventionnels de l'EIT induits par le couplage entre deux résonances localisées supportées par des métaatomes étroitement emballés, ou entre des résonances localisées et collectives, les chercheurs ont proposé un nouveau type appelé « résonance collective de type EIT », qui est induite par le couplage entre deux résonances collectives :une résonance de réseau de surface dipolaire électrique Mie (ED-SLR) et un SLR quadripôle électrique dans le plan ou hors plan (EQ-SLR).
En utilisant des métasurfaces de silicium avec un réseau de nanodisques de 100 nm d’épaisseur, ils ont démontré des résonances collectives de type EIT avec un facteur de qualité supérieur à 2 750, soit plus de cinq fois l’état de l’art. Concrètement, la lumière traversant les nanodisques de silicium peut être ralentie de plus de 10 000 fois, avec une réduction des pertes de plus de cinq fois par rapport aux méthodes existantes.
Le Dr Li a expliqué l'écart par rapport à la croyance conventionnelle selon laquelle les performances des métasurfaces dépendent de la proximité avec laquelle les métaatomes peuvent être placés. Les chercheurs ont exploré le régime extrême de distance nulle entre les métaatomes, les fusionnant essentiellement en un seul. Contrairement aux méthodes conventionnelles, leur approche a permis d'ajuster les résonances du réseau de surface pour qu'elles se chevauchent spectralement, permettant ainsi la réalisation d'analogues métasurfaces de l'EIT.
En outre, les chercheurs ont démontré une résonance collective de type EIT caractérisée par le BIC, utilisant la transition entre l'EQ-SLR dans le plan et l'état lié dans le continuum (BIC). Cela suggère la possibilité de ralentir la lumière d'un facteur arbitrairement important tout en maintenant un facteur de qualité croissant.
L'étude est prometteuse pour la manipulation des photons avec une plus grande flexibilité et des applications potentielles dans les puces photoniques à lumière lente.
Plus d'informations : Xueqian Zhao et al, Bande de transparence métasurface ultra-élevée induite par un couplage collectif-collectif, Nano Letters (2024). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c04174
Informations sur le journal : Lettres nano
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
