Des physiciens suggèrent que la lumière pourrait exister sous une forme inconnue jusqu’alors Physique

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Selon une équipe de physiciens de l’Imperial College London (ICL), au Royaume-Uni, il est possible de créer une nouvelle forme de lumière en liant la lumière à un seul électron, combinant ainsi les propriétés des deux.

Image artistique de la lumière piégée sur la surface d'un isolant topologique. Crédit image : Vincenzo Giannini.

Image artistique de la lumière piégée sur la surface d’un isolant topologique. Crédit photo : Vincenzo Giannini.

Dans les matériaux normaux, la lumière interagit avec toute une série d’électrons présents à la surface et à l’intérieur du matériau.

Mais en utilisant la physique théorique pour modéliser le comportement de la lumière et une classe émergente de matériaux connus sous le nom d’isolants topologiques, le Dr Vincenzo Giannini du département de physique de l’ICL et ses co-auteurs ont découvert que la lumière pouvait interagir avec un seul électron à la surface.

Cela créerait un couplage qui fusionne certaines des propriétés de la lumière et de l’électron.

Normalement, la lumière se déplace en ligne droite, mais lorsqu’elle est liée à l’électron, elle suit sa trajectoire en suivant la surface du matériau.

Le Dr Giannini et ses collègues ont modélisé cette interaction autour d’une nanoparticule – une petite sphère de moins de 0,00000001 m de diamètre – constituée d’un isolant topologique.

Leurs modèles ont montré qu’en plus de la lumière qui prend la propriété de l’électron et circule dans la particule, l’électron prend également certaines des propriétés de la lumière.

Normalement, lorsque les électrons se déplacent le long des matériaux, comme dans les circuits électriques, ils s’arrêtent lorsqu’ils sont confrontés à un défaut.

Cependant, les scientifiques ont découvert que même s’il y avait des imperfections à la surface de la nanoparticule, l’électron serait toujours capable de se déplacer à l’aide de la lumière.

Si ce principe pouvait être adapté aux circuits photoniques, ceux-ci seraient plus robustes et moins vulnérables aux perturbations et aux imperfections physiques.

“Les résultats de cette recherche auront un impact énorme sur la façon dont nous concevons la lumière”, a déclaré le Dr Giannini.

“Les isolants topologiques n’ont été découverts qu’au cours de la dernière décennie, mais ils nous fournissent déjà de nouveaux phénomènes à étudier et de nouvelles façons d’explorer des concepts importants en physique.”

“Il devrait être possible d’observer les phénomènes que nous avons modélisés dans des expériences utilisant la technologie actuelle, et notre équipe travaille avec des physiciens expérimentaux pour que cela devienne une réalité.”

“Le processus qui conduit à la création de cette nouvelle forme de lumière pourrait être mis à l’échelle afin que les phénomènes puissent être observés beaucoup plus facilement”, a-t-il ajouté.

“Actuellement, les phénomènes quantiques ne peuvent être observés qu’en regardant de très petits objets ou des objets qui ont été super refroidis, mais cela pourrait permettre aux scientifiques d’étudier ces types de comportement à température ambiante.”

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans le numéro du 5 août de la revue. Nature Communications.

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