Une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques Par des chercheurs du National Graphène Institute de l'Université de Manchester et de l'Université d'Oviedo, a révélé un comportement auparavant invisible de la lumière dans le gypse, un minéral mieux connu pour son utilisation dans la construction de plâtre et de craie.
L'équipe a découvert un type de vague rare, connu sous le nom de polariton de phonon de cisaillement, sous une forme bidimensionnelle du matériau. Les polaritons phonon sont des ondes hybrides de matière légère qui émergent lorsque la lumière interagit avec les vibrations atomiques dans certains cristaux. Ils peuvent voyager à travers des matériaux de manière inhabituelle et concentrer la lumière en volumes extrêmement petits.
Dans cette étude, les chercheurs ont découvert que dans des films minces de gypse, ces ondes subissent une transition topologique, passant du comportement hyperbolique au comportement elliptique, passant par un état canalisé unique.
Cette transition permet aux scientifiques de régler comment la lumière se propage à travers le matériau.
« Les études sur les polaritons de phonons de cisaillement dans les études précédentes étaient limitées aux cristaux en vrac dans le régime hyperbolique. Dans notre étude, nous avons visé à compléter ces résultats initiaux avec des polaritons de cisaillement dans un matériau bidimensionnel », a déclaré le Dr Pablo Díaz Núñez, qui a lancé l'étude.
« Et remarquablement, nous avons découvert que les polaritons de phonon de cisaillement dans le gypse soutiennent une transition topologique de la propagation hyperbolique à la propagation elliptique, avec canalisation entre les deux. »
Le Dr Díaz Núñez a ajouté: « De plus, nous avons pu limiter la lumière à un espace vingt-cinq fois plus petit que sa longueur d'onde et le ralentir à une fraction de sa vitesse dans le vide. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour manipuler la lumière à l'échelle nanométrique. »
La recherche met également en évidence le rôle de la symétrie cristalline. Le gypse appartient à une classe de matériaux à faible symétrie, en particulier au système cristallin monoclinique, qui donne naissance à la propagation de la lumière asymétrique et à la perte d'énergie, les caractéristiques centrales des polaritons de cisaillement.
Ces résultats s'étendent au-delà de la recherche fondamentale de la propagation du polariton phonon et pourraient soutenir les développements futurs dans des domaines qui reposent sur un contrôle précis de la lumière, tels que la gestion thermique, la détection et l'imagerie au-delà des limites de l'optique conventionnelle. De plus, l'étude introduit le gypse comme une nouvelle plate-forme pour explorer les concepts photoniques avancés dans des domaines émergents comme la photonique non hémateuse.
