Des scientifiques de l’Université d’Ottawa découvrent les propriétés absorption de la lumière des matériaux achiraux

Une équipe de recherche de l’Université d’Ottawa a fait une découverte qui révolutionne nos connaissances sur la lumière et les matériaux. Elle a constaté que des matériaux technologiques achiraux (symétriques), appelés « métasurfaces plasmoniques achirales », peuvent absorber la lumière différemment selon la chiralité du front d’onde. Cette découverte est surprenante, car pendant des années, ces matériaux semblaient ne pas réagir aux tests optiques et ne montraient aucune propriété d’absorption sélective.

La recherche, menée au cours de la dernière année au Complexe de recherche avancée (ARC), était dirigée par Ravi Bhardwaj, professeur au Département de physique de l’Université d’Ottawa, et Ashish Jain, étudiant au doctorat, en collaboration avec Howard Northfield, ingénieur de recherche, et ses collègues Ebrahim Karimi, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la lumière structurée et professeur agrégé en physique, et Pierre Berini, titulaire de la Chaire de recherche de l’Université en photonique des plasmons de surface et professeur de génie électrique.

L’équipe a utilisé un émetteur de lumière spécial conçu par le groupe Structural Quantum Optics (SQO) du professeur Karimi et fabriqué les structures nécessaires avec l’aide d’Howard Northfield et du professeur Berini. Leurs résultats montrent que l’absorption sélective est due aux interactions entre différentes parties de la lumière et du matériau.

« Pendant des décennies, nous avons pensé que ces matériaux ne présentaient aucune différence dans la manière dont ils absorbent la lumière polarisée », rapporte le professeur Bhardwaj. « Mais notre recherche montre qu’en utilisant un type particulier de lumière hélicoïdale, nous pouvons contrôler et régler l’absorption jusqu’à 50 %. »

Voici les points saillants de l’étude :

1. Renversement d’un vieux postulat : L’équipe a montré que les structures achirales pouvaient effectivement absorber la lumière différemment, remettant en question les anciennes convictions.
2. Contrôle précis : L’équipe a trouvé une façon de contrôler cette absorption, ce qui pourrait être utile dans des technologies comme les commutateurs optiques.
3. Efficacité améliorée : La lumière hélicoïdale spéciale utilisée dans l’étude a amélioré l’efficacité d’absorption de la lumière de ces matériaux.
4. Simplicité de fabrication : Les structures achirales sont simples à fabriquer, ce qui pourrait mener à la création de dispositifs optiques plus efficaces et plus fonctionnels.
5. Nouveau regard : La recherche permet de mieux comprendre comment la lumière interagit avec ces matériaux.

Le professeur Bhardwaj explique : « Non seulement notre recherche déconstruit le mythe voulant que le dichroïsme n’existe pas dans les structures achirales, mais elle ouvre aussi la porte à la spectroscopie plasmonique de nouvelle génération, ainsi qu’à la détection par métrologie optique améliorée. » Ces travaux offrent la promesse de grandes avancées dans le domaine des dispositifs optiques comme les capteurs et les commutateurs.

En outre, « cette découverte est importante parce qu’elle prouve que même les matériaux symétriques peuvent avoir des propriétés particulières d’absorption de la lumière, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour les technologies avancées de mesure et de détection », ajoute Ashish Jain.

L’étude, intitulée « Selective and tunable absorption of twisted light in achiral and chiral plasmonic metasurfaces » (absorption sélective et réglable de la lumière hélicoïdale dans les métasurfaces plasmoniques chirales et achirales), a été publiée dans la revue ACS Nano.