Les scientifiques ont découvert que le fait de piéger la lumière dans certains matériaux magnétiques peut améliorer considérablement leurs propriétés intrinsèques. Leur étude a examiné un aimant en couches spécifique capable d’héberger de puissants excitons, lui permettant de piéger la lumière de manière indépendante. Les réactions optiques de ce matériau aux phénomènes magnétiques sont remarquablement plus fortes que celles des aimants ordinaires.
Les chercheurs ont découvert que le piégeage de la lumière dans des matériaux magnétiques spécifiques peut grandement amplifier leurs propriétés, offrant ainsi des innovations potentielles telles que les lasers magnétiques et une nouvelle perspective sur la mémoire magnétique à commande optique.
Une étude révolutionnaire menée par Vinod M. Menon et son équipe du City College de New York révèle que piéger la lumière dans des matériaux magnétiques peut augmenter considérablement leurs propriétés intrinsèques. Ces réactions optiques accrues dans les aimants ouvrent la voie à des innovations dans les lasers magnétiques, les dispositifs de mémoire magnéto-optique et même dans les applications émergentes de transduction quantique.
Comme détaillé dans leur nouvel article publié le 16 août dans la revue Nature, Menon et son équipe ont étudié les propriétés d’un aimant en couches qui héberge des excitons fortement liés – des quasiparticules avec des interactions optiques particulièrement fortes. Pour cette raison, le matériau est capable de piéger la lumière à lui seul. Comme le montrent leurs expériences, les réponses optiques de ce matériau aux phénomènes magnétiques sont d’un ordre de grandeur plus fortes que celles des aimants classiques.
La lumière piégée à l’intérieur d’un cristal magnétique peut fortement améliorer ses interactions magnéto-optiques. Crédit : Rezlind Bushati
« Comme la lumière rebondit à l’intérieur de l’aimant, les interactions sont véritablement améliorées », a déclaré le Dr Florian Dirnberger, l’auteur principal de l’étude. « Pour donner un exemple, lorsque nous appliquons un champ magnétique externe, la réflexion de la lumière dans le proche infrarouge est tellement altérée que le matériau change fondamentalement de couleur. C’est une réponse magnéto-optique assez forte.
« D’ordinaire, la lumière ne réagit pas aussi fortement au magnétisme », a déclaré Menon. « C’est pourquoi les applications technologiques basées sur les effets magnéto-optiques nécessitent souvent la mise en œuvre de schémas de détection optique sensibles. »
Concernant la manière dont les progrès peuvent bénéficier aux gens ordinaires, le co-auteur de l’étude, Jiamin Quan, a souligné que : « Les applications technologiques des matériaux magnétiques sont aujourd’hui principalement liées aux phénomènes magnétoélectriques. Compte tenu de ces fortes interactions entre le magnétisme et la lumière, nous pouvons désormais espérer créer un jour des lasers magnétiques et reconsidérer les anciens concepts de mémoire magnétique à commande optique.
Rezlind Bushati, étudiante diplômée du groupe Menon, a également contribué au travail expérimental.
L’étude menée en étroite collaboration avec Andrea Alù et son groupe du CUNY Advanced Science Research Center est le résultat d’une collaboration internationale majeure. Les expériences menées au CCNY et à l’ASRC ont été complétées par des mesures prises au Université de Washington dans le groupe du professeur Xiaodong Xu par le Dr Geoffrey Diederich. Le soutien théorique a été fourni par le Dr Akashdeep Kamra et le professeur Francisco J. Garcia-Vidal de l’Universidad Autónoma de Madrid et le Dr Matthias Florian de l’Université du Michigan. Les matériaux ont été cultivés par les professeurs Zdenek Sofer et Kseniia Mosina à l’UCT Prague et le projet a également été soutenu par le Dr Julian Klein de MIT. Les travaux menés au CCNY ont été soutenus par l’Office of Scientific Research de l’US Air Force, la National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, le centre NSF CREST IDEALS, DARPAet la Fondation allemande pour la recherche.
