Accueil > Presse > Des scientifiques de l'Université de Chicago inventent le plus petit moyen connu pour guider la lumière : les guides d'ondes optiques 2D pourraient ouvrir la voie à une nouvelle technologie
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| Des scientifiques de l'Université de Chicago ont découvert qu'un cristal de verre d'une épaisseur de quelques atomes seulement peut piéger et transporter la lumière et pourrait être utilisé pour des applications. Le matériau est visible sous la forme d'une fine ligne au centre du plastique, tenue par le co-auteur de l'étude, Hanyu Hong. CRÉDIT Photo de Jean Lachat |
Résumé:
Diriger la lumière d'un endroit à l'autre est l'épine dorsale de notre monde moderne. Sous les océans et à travers les continents, les câbles à fibres optiques transportent de la lumière qui encode tout, des vidéos YouTube aux transmissions bancaires, le tout à l'intérieur de brins de la taille d'un cheveu.
Des scientifiques de l'Université de Chicago inventent le plus petit moyen connu pour guider la lumière : les guides d'ondes optiques 2D pourraient ouvrir la voie à une nouvelle technologie
Chicago, Illinois | Publié le 11 août 2023
Cependant, le professeur Jiwoong Park de l'Université de Chicago s'est demandé ce qui se passerait si vous faisiez des mèches encore plus fines et plus plates - en fait, si fines qu'elles sont en fait en 2D au lieu de 3D. Qu'adviendrait-il de la lumière ?
Grâce à une série d'expériences innovantes, lui et son équipe ont découvert qu'une feuille de cristal de verre de quelques atomes d'épaisseur seulement pouvait piéger et transporter la lumière. Non seulement cela, mais il était étonnamment efficace et pouvait parcourir des distances relativement longues, jusqu'à un centimètre, ce qui est très loin dans le monde de l'informatique basée sur la lumière.
La recherche, publiée le 10 août dans Science, démontre ce que sont essentiellement des circuits photoniques 2D et pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies.
« Nous avons été complètement surpris par la puissance de ce cristal ultra-mince ; non seulement il peut contenir de l'énergie, mais il la délivre mille fois plus loin que quiconque n'a vu dans des systèmes similaires », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Jiwoong Park, professeur et titulaire de la chaire de chimie et membre du corps professoral de l'Institut James Franck et de la Pritzker School of Molecular Engineering. . "La lumière piégée s'est également comportée comme si elle voyageait dans un espace 2D."
Lumière guidante
Le système nouvellement inventé est un moyen de guider la lumière - connu sous le nom de guide d'ondes - qui est essentiellement bidimensionnel. Lors de tests, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient utiliser des prismes, des lentilles et des interrupteurs extrêmement petits pour guider le chemin de la lumière le long d'une puce - tous les ingrédients des circuits et des calculs.
Les circuits photoniques existent déjà, mais ils sont beaucoup plus grands et tridimensionnels. Fondamentalement, dans les guides d'ondes existants, les particules de lumière, appelées photons, voyagent toujours enfermées à l'intérieur du guide d'ondes.
Avec ce système, ont expliqué les scientifiques, le cristal de verre est en réalité plus fin que le photon lui-même, de sorte qu'une partie du photon dépasse du cristal lors de son déplacement.
C'est un peu comme la différence entre construire un tube pour envoyer des valises dans un aéroport et les placer sur un tapis roulant. Avec un tapis roulant, les valises sont ouvertes à l'air et vous pouvez facilement les voir et les ajuster en cours de route. Cette approche facilite beaucoup la construction de dispositifs complexes avec les cristaux de verre, car la lumière peut être facilement déplacée avec des lentilles ou des prismes.
Les photons peuvent également connaître des informations sur les conditions en cours de route. Pensez à vérifier les valises qui arrivent de l'extérieur pour voir s'il neige dehors. De même, les scientifiques peuvent imaginer utiliser ces guides d'ondes pour fabriquer des capteurs au niveau microscopique.
"Par exemple, disons que vous aviez un échantillon de liquide et que vous vouliez détecter si une molécule particulière était présente", a expliqué Park. "Vous pourriez le concevoir de sorte que ce guide d'ondes se déplace à travers l'échantillon, et la présence de cette molécule modifierait le comportement de la lumière."
Les scientifiques s'intéressent également à la construction de circuits photoniques très fins qui pourraient être empilés pour intégrer de nombreux autres dispositifs minuscules dans la même zone de puce. Le cristal de verre qu'ils ont utilisé dans ces expériences était du disulfure de molybdène, mais les principes devraient fonctionner pour d'autres matériaux.
Bien que les scientifiques théoriciens aient prédit que ce comportement devrait exister, le réaliser en laboratoire a été un voyage de plusieurs années, ont déclaré les scientifiques.
"C'était un problème vraiment difficile mais satisfaisant, car nous entrions dans un domaine complètement nouveau. Nous avons donc dû concevoir nous-mêmes tout ce dont nous avions besoin, de la culture du matériau à la mesure du déplacement de la lumière », a déclaré l'étudiant diplômé Hanyu Hong, co-premier auteur de l'article.
Myungjae Lee (anciennement chercheur postdoctoral à UChicago, maintenant professeur à l'Université nationale de Séoul) était l'autre premier co-auteur de l'article. La chercheuse postdoctorale Jaehyung Yu, Fauzia Mujid (PhD'22, maintenant à Ecolab) et les étudiants diplômés Andrew Ye et Ce Liang étaient également les auteurs de l'article.
Les scientifiques ont utilisé le centre de recherche scientifique et technique sur les matériaux de l'Université de Chicago, les installations de fabrication de l'installation de nanofabrication de Pritzker et le Cornell Center for Materials Research.
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Meredith Davis
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