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    MEPhI

    Des chercheurs russes créent un «piège à lumière» unique

    © Sputnik . Eugeny Biyatov
    Sci-tech
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    Un groupe de chercheurs sous la direction du professeur Iouri Rakovitch de MEPhI a élaboré pour la première fois un micro-résonateur réglable pour créer des états énergétiques hybrides entre la lumière et la matière, permettant de contrôler les propriétés chimiques et biologiques des molécules à l'aide de la lumière.

    Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue scientifique Review of Scientific Instruments. L'article fait partie de la «sélection du rédacteur en chef» (Editor's Pick).

    Le micro-résonateur mis au point est un piège à lumière constitué de deux miroirs situés à quelques centaines de nanomètres l'un de l'autre. Quand un quantum de lumière tombe dans ce piège, il forme un état localisé d'onde électromagnétique. En changeant la forme et la taille du résonateur, il est possible de contrôler la répartition dimensionnelle de l'onde électromagnétique et la durée de vie du photon dans le résonateur.

    Ce nouveau concept permet de contrôler les propriétés chimiques et biologiques des molécules à l'aide de la lumière. La signification pratique de la recherche est due en grande partie à l'originalité du dispositif élaboré. A partir de ce micro-résonateur, il est possible de créer des appareils de nouvelle génération pouvant être utilisés dans la détection biologique et chimique, le contrôle de la vitesse des réactions chimiques et de l'efficacité du transfert énergétique.

    La haute valeur de ce dispositif s'explique par l'innovation, l'efficacité et l'universalité de sa construction, ainsi que par les propriétés uniques du micro-résonateur pour effectuer des recherches, précisent les auteurs du concept.

    Entre la lumière et la substance

    L'interaction résonante entre les émetteurs et le champ électromagnétique localisé est avant tout intéressante car il offre la possibilité de contrôler les propriétés des états hybrides lumière-substance. Dans de tels systèmes, la lumière et la substance forment une sorte d'état intermédiaire avec des propriétés modifiées. De plus, ces propriétés d'états hybrides peuvent être contrôlées à l'aide de rayonnement optique (lumière). L'un des moyens permettant d'obtenir de tels états consiste à placer des molécules émettrices ou absorbantes dans le résonateur.

    Selon les scientifiques, le dispositif de micro-résonateur réglable simplifiera considérablement et élargira de telles recherches en permettant d'étudier l'interaction de la lumière avec la substance dans le mode de couplage aussi bien fort que faible pour les échantillons de pratiquement n'importe quelle substance dans le diapason spectral entre le rayonnement ultra-violet et infra-rouge.

    L'appareil est un micro-résonateur Fabry-Pérot (λ2), composé d'un miroir plat et d'un miroir convexe qui assurent le plat-parallélisme au moins dans un point à la surface du dernier en minimisant le volume des modes. «Ce piège à lumière est constitué de deux miroirs situés l'un en face de l'autre à une distance inférieure à la longueur d'onde de la lumière», explique le professeur Iouri Rakovitch, chercheur en chef au laboratoire des nanomatériaux à photons hybrides du MEPhI.

    Quand un quantum de lumière arrive dans ce piège ou il est émis par une source de lumière à l'intérieur du résonateur, il commence à s'agiter activement en se reflétant une multitude de fois dans les miroirs. Cela permet d'établir un lien entre les photons et les états énergétiques propres du micro-résonateur.

    En changeant la forme et la taille du résonateur, ainsi que les coefficients de reflet des miroirs, il est possible de contrôler les propriétés de la lumière et l'efficacité d'un tel piège, poursuit Iouri Rakovitch.

    Du prototype à la production industrielle

    Le micro-résonateur conçu est pratique à utiliser, et sa structure est suffisamment simple pour mettre en place sa production industrielle. Le micro-résonateur peut être utilisé non seulement pour construire des appareils pour contrôler la vitesse des réactions chimiques, mais également pour développer des sources de lumière très efficaces et de nouveaux dispositifs laser à bas seuil de génération de contrôle.

    L'utilisation de cet appareil ouvre de nouvelles opportunités pour étudier l'influence des effets du coupage fort et faible sur la diffusion Raman, la vitesse des réactions chimiques, la conductivité électrique, la génération laser, la transition sans radiation de l'énergie et d'autres fonctions physiques, chimiques et biologiques. Ce serait également un grand pas vers l'élaboration de différentes applications pratiques de l'effet de liaison lumière-substance, notamment pour la modification des processus physiques, chimiques et biologiques, déclare le collaborateur du laboratoire Dmitri Dovjenko.

    L'université MEPhI participe au programme fédéral d'accroissement de la compétitivité des universités russes (Projet 5-100) qui a pour objectif de renforcer le potentiel de recherche des universités russes et développer les recherches scientifiques actuelles, l'intégration de l'éducation, de l'entrepreneuriat et des innovations, ainsi que la coopération productive de la science universitaire et des partenaires industriels. 

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    Tags:
    Université nationale de recherche nucléaire (MEPhI)
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