La lumière est extrêmement confinée dans une nanolithe dans une paire de nanofils couplés. Source : Groupe de nanophotonique de l’université de Zhejiang, dirigé par Limin Tong.
Un schéma de guidage d’ondes permet d’obtenir des champs optiques subnanométriques hautement confinés.
Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour confiner la lumière à des échelles subnanométriques. Ce développement offre un potentiel prometteur pour des avancées dans des domaines tels que les interactions lumière-matière et la nanoscopie à super-résolution.
Sommaire
Progrès dans la technologie de confinement de la lumière
Imaginez que la lumière soit réduite à la taille d’une minuscule molécule d’eau, ce qui ouvrirait un monde de possibilités quantiques. Il s’agit là d’un rêve de longue date dans le domaine de la science et de la technologie de la lumière. Des avancées récentes nous ont rapprochés de cet incroyable exploit, puisque des chercheurs de l’université de Zhejiang ont réalisé des progrès révolutionnaires en confinant la lumière à des échelles subnanométriques.
Méthodes traditionnelles et nouvelles découvertes
La localisation de la lumière au-delà de sa limite de diffraction habituelle repose traditionnellement sur deux méthodes : le confinement diélectrique et le confinement plasmonique. Cependant, des défis tels que la fabrication de précision et la perte optique ont empêché le confinement des champs optiques à des niveaux inférieurs à 10 nanomètres (nm) ou même à 1 nm. Aujourd’hui, un nouveau schéma de guidage d’ondes, décrit le 7 juillet dans la revue Advanced Photonics, devrait permettre d’exploiter le potentiel des champs optiques subnanométriques.
Schéma de guidage d’ondes pour générer un champ optique confiné inférieur au nanomètre dans un mode de nanofente. (a) Illustration schématique du schéma de guidage d’onde CNP. (b) Tracé tridimensionnel de la distribution de l’intensité du champ transversal du mode nanofente. Crédit : Yang, Zhou, et al, doi 10.1117/1.AP.5.4.046003
Considérons le scénario suivant : la lumière, provenant d’une fibre optique standard, entreprend un voyage de transformation. Elle traverse un cône de fibre et atteint sa destination finale dans une paire de nanofils couplés (CNP). Là, la lumière se transforme en un mode unique de nanofente, créant un champ optique confiné qui peut être aussi minuscule qu’une fraction de nanomètre (environ 0,3 nm). Cette approche innovante est étonnamment efficace jusqu’à 95 % et présente un rapport élevé entre les pics et le bruit de fond, ce qui ouvre la voie à de nombreuses possibilités.
Repousser les limites de la nano-exploration
Le système révolutionnaire de guidage d’ondes élargit son champ d’application à la gamme spectrale de l’infrarouge moyen, repoussant encore les limites du nano-univers. Le confinement optique peut désormais atteindre une échelle extraordinaire d’environ 0,2 nm (λ/20000), ce qui ouvre de nouvelles voies à l’exploration et à la découverte.
Le professeur Limin Tong, du groupe de nanophotonique de l’université de Zhejiang, note : « Contrairement aux méthodes précédentes, le système de guidage d’ondes se présente comme un système optique linéaire, ce qui présente de nombreux avantages. Il permet un fonctionnement à large bande et à impulsions ultrarapides, ainsi que la combinaison de plusieurs champs optiques sub-nanométriques. La possibilité de concevoir des séquences spatiales, spectrales et temporelles à l’intérieur d’une seule sortie ouvre des possibilités infinies ».
Applications potentielles et perspectives d’avenir
Les applications potentielles de ces percées sont en effet époustouflantes. La possibilité d’un champ optique si localisé qu’il peut interagir avec des molécules ou des atomes individuels ouvre la voie à des progrès dans des domaines tels que les interactions lumière-matière, la nanoscopie à super-résolution, la manipulation d’atomes et de molécules et la détection ultrasensible. Nous sommes à l’aube d’une nouvelle ère de découvertes, où les domaines les plus infimes de l’existence sont désormais à notre portée.
Référence : « Generating a sub-nanometer-confined optical field in a nanoslit waveguiding mode » par Liu Yang, Zhanke Zhou, Hao Wu, Hongliang Dang, Yuxin Yang, Jiaxin Gao, Xin Guo, Pan Wang et Limin Tong, 7 juillet 2023, Advanced Photonics.
DOI : 10.1117/1.AP.5.4.046003