Un groupe de recherche à l'Université de Stuttgart a manipulé la lumière par son interaction avec une surface métallique afin qu'elle présente des propriétés entièrement nouvelles. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Physique de la nature.
« Nos résultats ajoutent un autre chapitre au domaine émergent de la recherche Skyrmion », proclame le professeur Harald Giessen, chef du quatrième Institut de physique de l'Université de Stuttgart, dont le groupe a atteint cette percée. L'équipe a démontré l'existence de « sacs Skyrmion » de lumière à la surface d'une couche métallique.
Une meilleure compréhension des phénomènes physiques
Les skyrmions sont une description mathématique des structures de type vortex qui aident les chercheurs à mieux comprendre les relations physiques fondamentales. Ces dernières années, ce concept théorique a été confirmé expérimentalement dans un large éventail de zones, notamment des solides magnétiques et des surfaces matérielles.
Le groupe de Giessen a désormais étudié si la lumière entrant sur la surface structurée d'une fine couche d'or peut être faite pour se comporter comme des sacs skyrmion qui suivent des symétries spécifiques. Ces sacs sont constitués de skyrmions contenus dans un skyrmion plus grand. Pour leur expérience, les chercheurs ont gravé de fins rainures en forme de deux hexagones torsadés dans la surface dorée avec chaque hexagone générant un champ de lumière skyrmion.
Manipulation ciblée des champs lumineux
« Nous avons ensuite observé une superposition de deux champs de lumière Skyrmion, à partir desquels les sacs Skyrmion se sont formés », explique Julian Schwab, auteur principal de la publication et doctorat dans le groupe de recherche de Giessen. Encore plus étonnamment, les chercheurs ont pu varier le nombre de skyrmions rassemblés dans les sacs Skyrmion en ajustant le degré auquel les champs lumineux étaient tordues les uns par rapport aux autres.
En d'autres termes, les chercheurs peuvent manipuler des champs lumineux d'une manière ciblée, ce qui leur donne des formes qui ne se produisent généralement pas. Pour la vérification expérimentale, l'équipe de Giessen a collaboré avec un groupe de recherche à l'Université de Duisburg-Essen, et pour la description théorique du phénomène, avec un groupe au Technion à Haïfa.
Recherche fondamentale avec potentiel d'application
Jusqu'à présent, c'est toujours la physique fondamentale. Cependant, ces skyrmions de champ léger présentent des propriétés extraordinaires, suscitant ainsi l'imagination des chercheurs en termes d'applications techniques potentielles. Il reste à voir si la surface d'or utilisée par l'équipe de Giessen convient à cette fin.
« Si quelqu'un trouve un matériau approprié, notre concept pourrait être appliqué en microscopie », déclare Giessen. Nous pourrions atteindre des résolutions avec des microscopes spécialisés qui seraient autrement impossibles en raison des limites fixées par la longueur d'onde de la lumière.
