Lors d’un éclairage en lumière cramoisie, la lumière diffusée en troisième harmonique (en violet) révèle la torsion particulière des nanoparticules métalliques. Crédit : Ventsislav Valev et Lukas Ohnoutek
Des physiciens de l’Université de Shower au Royaume-Uni observent un tout nouvel effet physique dans les nanoparticules chirales (torsadées).
Des chercheurs en physique du College of Bath découvrent un nouvel impact physique lié aux connexions entre la lumière et les matériaux torsadés – un effet qui est très susceptible d’avoir des implications uniquement pour les nouvelles nanotechnologies émergentes dans les communications, la nanorobotique et les composants optiques ultra-minces.
Aux XVIIe et XVIIIe siècles, le maître artisan de langue italienne Antonio Stradivari a produit des instruments de musique de qualité renommée, et les plus populaires sont ses (soi-disant) violons Stradivarius. Pourquoi le résultat musical de ces appareils musicaux est-il à la fois magnifique et unique est leur timbre unique, également connu sous le nom de couleur de sculpture ou de qualité de fermeté. Tous les équipements ont un timbre – lorsqu’une note musicale (son avec un taux de récurrence fs) est exécutée, l’instrument produit des harmoniques (fréquences qui sont un nombre entier plusieurs du taux de récurrence initial, c’est-à-dire 2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs , etc . ).
De même, chaque fois que la lumière d’une certaine couleur (avec la fréquence fc) brille sur les composants, ces matériaux produiront des harmoniques (fréquences lumineuses 2fc, 3fc, 4fc, 5fc, 6fc, etc.). Les harmoniques de la lumière révèlent des attributs matériels complexes qui trouvent des programmes dans la résolution d’images médicales, les communications et la technologie des faisceaux laser.
Par exemple, pratiquement chaque pointeur de faisceau laser vert est en fait une bonne pointe laser infrarouge dont la lumière peut être invisible pour les yeux individuels. L’ok que nous voyons est en fait le deuxième harmonique (2fc) du pointeur laser infrarouge et il est constitué d’un cristal spécial à l’intérieur du pointeur.
Tant dans les instruments de musique que dans les matériaux brillants, quelques fréquences sont « interdites », c’est-à-dire qu’elles ne peuvent pas être entendues ni même vues parce que l’appareil ou le matériau les annule positivement. Étant donné que la clarinette a une forme cylindrique directe, cela supprime toutes les harmoniques également (2fs, 4fs, 6fs, etc.) et ne produit que des harmoniques impaires (3fs, 5fs, 7fs, etc.). En revanche, le saxophone a une forme conique et incurvée qui permet toutes les harmoniques et donne un son plus riche et plus lisse. Un peu de la même manière, chaque fois qu’un type d’éclairage spécifique (à polarisation circulaire) éclaire des nanoparticules métalliques dispersées dans une eau, les harmoniques impaires de la lumière sont incapables de se propager le long du trajet de la lumière et les couleurs correspondantes sont interdites.
Maintenant, un groupe international de scientifiques dirigé par des chercheurs du département de physique de l’Université de Bath a trouvé une méthode pour révéler les couleurs inacceptables, ce qui équivaut à la découverte d’un tout nouvel effet physique. Pour obtenir ce résultat, ils ont “courbé” leur équipement expérimental.
Le professeur Ventsislav Valev, qui a dirigé la recherche, a déclaré : « L’idée que la distorsion des nanoparticules ou même des molécules pourrait être exposée à travers même les harmoniques de la lumière a été initialement formulée il y a plus de quarante-deux ans, par un jeune doctorant – David Andrews. Jesse pensait que son concept était trop incroyablement insaisissable pour finir par être validé expérimentalement, mais il y a deux ans, nous avons tous démontré cette sensation. Maintenant, nous avons appris que la torsion associée aux nanoparticules peut également être remarquée dans les harmoniques impaires de la lumière. C’est particulièrement satisfaisant que le concept pertinent ait été fourni par le seul et unique co-auteur et professeur aujourd’hui bien établi – David Andrews !
“Pour avoir une analogie musicale, jusqu’à présent, les scientifiques qui recherchent des molécules tordues (ADN, protéines, protéines, sucre, etc.) et des nanoparticules dans l’eau – élément du mode de vie – les ont éclairés à une fréquence donnée et ont peut-être observé exactement la même fréquence ou le bruit (harmoniques incomplètes inharmoniques). Notre recherche ouvre l’étude des signatures harmoniques des molécules torsadées. Par conséquent, nous pouvons apprécier leur ‘timbre’ particulier pour la première fois.
« D’un point de vue utile, nos résultats offrent une méthode expérimentale simple et conviviale pour obtenir une connaissance sans précédent des interactions entre les matériaux légers et brouillés. De telles relations sont au cœur des nouvelles nanotechnologies émergentes dans les communications, la nanorobotique et les composants optiques ultra-minces. Par exemple, la « torsion » particulière des nanoparticules peut déterminer la signification des bits d’information (pour la torsion à gauche ou à droite). Il est également contenu dans les hélices des nanorobots et peut impacter la direction de diffusion d’un faisceau laser. De plus, notre méthode est adaptée à de minuscules quantités d’éclairage, idéales pour l’analyse associée à des éléments chimiques naturels qui sont prometteurs pour de nouveaux produits pharmaceutiques flambant neufs mais dans lesquels le matériel disponible est généralement rare.
Le doctorant Lukas Ohnoutek, également impliqué dans l’étude, a déclaré : « Nous sommes sortis très proches de l’absence de cette découverte. Notre propre équipement initial n’avait pas été bien « réglé » et nous n’avons donc rien vu à la troisième harmonique. Je commençais à perdre espoir, mais nous nous sommes réunis, avons identifié les problèmes potentiels et les avons tous étudiés systématiquement jusqu’à ce que nous découvrions tous le problème. C’est vraiment merveilleux de faire l’expérience d’une méthode scientifique particulière au travail, surtout lorsqu’elle aboutit à une percée scientifique ! “
Le professeur Andrews a ajouté : « Le professeur Valev a amené une équipe internationale à une véritable première dans le domaine de la photonique appliquée. Chaque fois qu’il invitait notre participation, cela me ramenait au travail de concept de nos études doctorales. Il est souvent étonnant de voir cela se concrétiser bien des années plus tard. “
Référence : “Optical Activity in Third-Harmonic Rayleigh Scattering: A brand new Route for Calculating Chirality” par Lukas Ohnoutek, Hyeon-Ho Jeong, Robin Raffe Jones, Johannes Sachs, Bill J. Olohan, Dora-Maria Răsădean, Gheorghe Lalu Pantoş, David D. Andrews, Peer Fischer et Ventsislav E. Valev, 15 septembre 2021, Avis sur les lasers et la photonique.
DOI : dix. 1002/lpor. 202100235
La recherche est généralement publiée dans le dossier Laser & Photonics Reviews. Il a été financé par la communauté royale, les autorités des installations scientifiques et technologiques (STFC) et le Conseil de recherche en technologie architecturale et physique (EPSRC).
