Des chercheurs de CUNY ASRC ont découvert une méthode permettant de manipuler les photons afin qu’ils puissent entrer en collision et interagir à l’aide de métamatériaux adaptés. Cette percée pourrait conduire à des progrès significatifs dans les domaines des télécommunications, de l’informatique optique et des applications énergétiques. (Dessin schématique d’une collision de photons à une interface temporelle.) Crédit : Anna Umana, Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center
Les chercheurs montrent qu’il est possible de faire interagir les photons qui se croisent, ouvrant ainsi la voie à des avancées technologiques.
Une équipe de recherche du Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) a démontré qu’il est possible de manipuler les photons afin qu’ils puissent entrer en collision, interagissant de nouvelles manières lorsqu’ils se croisent. Détaillé dans le journal Physique naturelle Le 14 août, cette découverte permettra aux scientifiques qui développent des technologies basées sur la propagation des ondes électromagnétiques de réaliser des progrès significatifs dans les domaines des télécommunications, de l’informatique optique et des applications énergétiques.
La percée et ses fondements
La percée a eu lieu dans le laboratoire d’Andrea Alù, professeur émérite et professeur Einstein de physique au Graduate Center de la City University of New York et directeur fondateur de la CUNY ASRC Photonics Initiative. Il s’appuie sur une autre expérience récente démontrant les réflexions temporelles des ondes électromagnétiques.
« Notre travail s’appuie sur une série d’expériences qui montrent comment nous pouvons créer métamatériaux avec des propriétés uniques qui émergent de brusques variations temporelles de leurs propriétés électromagnétiques. Ces variations nous permettent de manipuler la propagation des ondes d’une manière jamais vue dans la nature », a expliqué Alù. « Ces travaux les plus récents montrent que nous pouvons utiliser des changements temporels brusques dans des métamatériaux personnalisés – connus sous le nom d’interfaces temporelles – pour faire entrer en collision les ondes comme s’il s’agissait d’objets massifs. Nous avons également pu contrôler si les ondes échangeaient, gagnaient ou perdaient de l’énergie lors de ces collisions.
Collision d’ondes et de photons
En règle générale, lorsque deux ondes électromagnétiques se croisent, elles se traversent sans interagir. C’est très différent de ce qui se produit lorsque deux objets massifs, comme deux balles, se heurtent. Dans ce dernier cas, les particules entrent en collision et leurs caractéristiques mécaniques déterminent si l’énergie est conservée, perdue ou augmentée lors de la collision. Par exemple, lorsque deux boules de billard entrent en collision, l’énergie totale du système est conservée, tandis que lorsque deux boules en caoutchouc entrent en collision, elles perdent généralement de l’énergie lors de la collision.
Bien que l’on s’attende à ce que les photons se croisent sans aucune interaction, en déclenchant une interface temporelle, les scientifiques ont pu démontrer une forte photon-interactions photoniques et contrôler la nature de la collision.
Les travaux de l’équipe de recherche ont été inspirés par des spéculations sur la possibilité d’effacer une onde mécanique indésirable, telle qu’un tsunami ou une onde sismique, en projetant une autre onde similaire contre elle pour la contrer. « Bien qu’un tel résultat soit impossible en physique des vagues conventionnelle, nous savions que c’était en principe possible avec un métamatériau temporel », a déclaré Emanuele Galiffi, chercheur postdoctoral au laboratoire d’Alù et auteur principal de l’étude. « Notre expérience nous a permis de démontrer ce concept en action pour les ondes électromagnétiques. »
Applications et travaux futurs
Les scientifiques ont également proposé et démontré une application de leur concept pour façonner des impulsions électromagnétiques en les faisant entrer en collision les unes contre les autres. Gengyu Xu, chercheur postdoctoral au laboratoire d’Alù et co-auteur principal de l’article, a expliqué : « Cette technique nous permet d’utiliser un signal supplémentaire comme moule pour sculpter une impulsion que nous souhaitons structurer. Nous l’avons démontré pour les radiofréquences, et nous travaillons actuellement à réaliser cette capacité de sculpture à des fréquences plus élevées.
Les efforts de l’équipe pour développer des méthodes permettant de dicter la façon dont les ondes électromagnétiques qui se propagent interagissent et se façonnent mutuellement pourraient apporter des avantages aux technologies de communications sans fil, d’imagerie, d’informatique et de récupération d’énergie, entre autres avancées.
