Des scientifiques de l’Université d’Ottawa révèlent comment la lumière se comporte dans les solides informes

Pendant longtemps, on a pensé que les solides amorphes n’absorbaient pas sélectivement la lumière en raison de leur structure atomique désordonnée. Cependant, une nouvelle étude de l’Université d’Ottawa réfute cette théorie et montre que les solides amorphes présentent en réalité un dichroïsme, ce qui signifie qu’ils absorbent sélectivement la lumière de différentes polarisations.

Des chercheurs de l’Université d’Ottawa ont trouvé que l’utilisation de faisceaux lumineux hélicoïdaux dans les solides désordonnés révèle un phénomène appelé dichroïsme, soit une absorption différentielle de la lumière. Cette découverte contredit les croyances antérieures et ouvre la possibilité d’altérer la manière dont la lumière interagit avec ces matériaux en changeant les propriétés de la lumière elle-même. Ces constats soulignent également l’importance qu’a l’ordre à distance courte à moyenne des solides désordonnés sur la réaction des matériaux à la lumière.

Menée par le professeur Ravi Bhardwaj, chercheur au Département de physique et directeur du groupe de recherche Extreme Ultrafast Photonics de l’Université d’Ottawa, et les étudiants au doctorat Ashish Jain et Jean-Luc Bégin, cette étude d’un an a été faite en collaboration avec les professeurs Thomas Brabec et Paul Corkum du Complexe de recherche avancée (CRA) de l’Université d’Ottawa.

« Pour la recherche, nous avons utilisé des faisceaux lumineux hélicoïdaux avec un moment cinétique orbital pour sonder les propriétés optiques des matériaux amorphes et cristallins, explique le professeur Bhardwaj. En utilisant une lame à retard à cristaux liquides, appelée lame Q, conçue par le groupe du professeur Karimi, nous avons pu produire des champs lumineux de synthèse avec des fronts d’ondes vrillés qui suivent un schéma en tire-bouchon. » 

Cette recherche a de vastes répercussions et remet en question les croyances actuelles sur les caractéristiques optiques des solides amorphes. Elle présente aussi des occasions de contrôler le comportement optique d’un matériau par l’utilisation de faisceaux lumineux hélicoïdaux. Ces constats sont importants pour plusieurs domaines, dont la science des matériaux, l’optique et la spectroscopie chiroptique.

« Notre équipe a conçu une nouvelle méthode pour montrer que les solides non cristallins peuvent afficher un dichroïsme hélicoïdal, signe qu’ils réagissent différemment à la lumière qui vrille dans différentes directions, relate le professeur Bhardwaj. Les données expérimentales ont été supplémentées de modèles théoriques élaborés en collaboration avec le professeur Brabec, de sorte à bien comprendre le phénomène observé. »

« La lumière hélicoïdale a servi de sonde indirecte d’ordre à distance courte à moyenne dans les solides désordonnés d’au plus 2 nm. Notre recherche aidera à comprendre la nature mystérieuse des matériaux amorphes », ajoutent Ashish Jain et Jean-Luc Bégin.

Ce travail constitue un grand pas dans notre compréhension des propriétés optiques des matériaux à l’état solide. En démontrant l’existence d’un dichroïsme intrinsèque dans les solides cristallins et amorphes, cette recherche pave la voie vers des applications novatrices et une exploration approfondie des capacités uniques des faisceaux lumineux hélicoïdaux dans le sondage et la manipulation des propriétés matérielles.

L’étude, intitulée « Intrinsic dichroism in amorphous and crystalline solids with helical light», a été publiée dans Nature Communications.