Les chercheurs de Stanford ont réussi à contrôler la lumière

La lumière suit en général le même chemin à travers un système optique que ce soit une caméra ou un projecteur. C’est ce qu’on appelle la symétrie de renversement du temps ou réciprocité. Cependant, cette réciprocité limite les systèmes aux nouvelles applications et techniques. Les chercheurs de l’Université de Stanford ont découvert comment rendre ces systèmes non réciproques en générant un champ magnétique efficace pour les photons.

Le mouvement des électrons dans un champ magnétique est un point important pour la non-réciprocité. Ce mouvement produit une force agissant perpendiculairement à la vitesse de l’électron, de telle sorte que l’électron se déplace selon un trajet circulaire. Étant donné que la vitesse a une direction, inverser la vitesse de l’électron inverse la direction de la force. Ce qui permet à l’électron de suivre une trajectoire différente de celle suivie dans l’approche du point d’inversion.

Les systèmes optiques non réciproques présentent une gamme de phénomènes utiles qui pourrait grandement favoriser la communication photonique et de calcul. Par exemple, les photons dans un champ magnétique efficace suivent une trajectoire circulaire dont la taille dépend de l’intensité du champ magnétique effectif. Cet effet pourrait être utilisé comme base pour commuter un signal optique à une ou plusieurs sorties. La non-réciprocité peut conduire à des surfaces avec une réflectivité nulle, et pourrait également éliminer la perte de signal dans les fibres optiques. Cela serait un grand pas vers la mise en œuvre pratique de photon unique pour la communication quantique et l’informatique.

La solution des chercheurs de Stanford est basée sur un nouveau type de cristaux photoniques dynamiques. Un cristal photonique est un matériau dans lequel les propriétés optiques locales varient pour donner au matériau d’ensemble certaines propriétés optiques souhaitables. Dans un cristal photonique dynamique, les propriétés optiques locales peuvent changer dues à une influence extérieure, qui peut être ajustée et modifiée, permettant à la matière de présenter une série de propriétés optiques globales beaucoup plus large.

Le dispositif a été fait à partir d’un cristal photonique en silicium structuré de telle sorte qu’un courant électrique appliqué sur le dispositif va exercer une force magnétique effective sur les photons. L’appareil envoie des photons dans un mouvement circulaire autour du champ magnétique synthétique. Les chercheurs ont été en mesure de modifier le rayon de la trajectoire d’un photon en faisant varier le courant électrique appliqué sur le cristal photonique.

En brisant la symétrie de renversement du temps, les chercheurs croient qu’ils ouvriront les portes d’un large éventail d’applications de la photonique.

Notre système est une orientation claire vers la démonstration d’applications sur la puce d’un nouveau type de dispositif de communication à base de lumière qui permet de résoudre un certain nombre de défis actuels, a déclaré Zongfu Yu, chercheur postdoctoral dans le laboratoire du professeur Fan. Nous sommes ravis de voir où cela mènera.

Source: Université de Stanford