Les chercheurs ont produit des cristaux temporels photoniques dans le spectre proche du visible, révolutionnant potentiellement les applications scientifiques de la lumière. Cette percée élargit la gamme de PTC précédemment comprise, qui n’étaient visibles que dans les ondes radio.
Une étude récente révèle des oscillations de l’indice de réfraction qui sont plus rapides que ce que les théories actuelles peuvent expliquer.
Une étude récemment publiée dans la revue Nanophotonique révèle qu’en modulant rapidement l’indice de réfraction – qui est le rapport entre la vitesse du rayonnement électromagnétique dans un milieu et sa vitesse dans le vide – il est possible de produire des cristaux temporels photoniques (CTP) dans la partie presque visible du spectre.
Les auteurs de l’étude suggèrent que la capacité de maintenir les PTC dans le domaine optique pourrait avoir de profondes implications pour la science de la lumière, permettant ainsi des applications véritablement révolutionnaires à l’avenir.
Les PTC, matériaux dans lesquels l’indice de réfraction augmente et diminue rapidement avec le temps, sont l’équivalent temporel des cristaux photoniques dans lesquels l’indice de réfraction oscille périodiquement dans l’espace provoquant, par exemple, l’irisation de minéraux précieux et d’ailes d’insectes.
Configuration expérimentale pour mesurer le temps de réfraction en régime monocycle. Crédit : Eran Lustig et al.
Un PTC n’est stable que si l’indice de réfraction peut augmenter et diminuer en fonction d’un seul cycle d’ondes électromagnétiques à la fréquence concernée. Ainsi, sans surprise, les PTC ont jusqu’à présent été observés à l’extrémité la plus basse du spectre électromagnétique : avec les ondes radio.
Dans cette nouvelle étude, l’auteur principal Mordechai Segev de l’Institut de technologie Technion-Israël, Haïfa, Israël, avec les collaborateurs Vladimir Shalaev et AlexndraBoltasseva de l’Université Purdue, Indiana, États-Unis, et leurs équipes, ont envoyé des impulsions extrêmement courtes (5-6 femtosecondes). de lumière laser à une longueur d’onde de 800 nanomètres à travers des matériaux d’oxyde conducteurs transparents.
Cela a provoqué un changement rapide de l’indice de réfraction qui a été exploré à l’aide d’un faisceau laser sonde à une longueur d’onde légèrement plus longue (proche infrarouge). Le faisceau de la sonde était rapidement décalé vers le rouge (c’est-à-dire que sa longueur d’onde augmentait), puis vers le bleu (la longueur d’onde diminuait) à mesure que l’indice de réfraction du matériau revenait à sa valeur normale.
Spectrogrammes de transmission d’impulsions de sonde de 44 fs ayant traversé l’échantillon ITO, pour des impulsions de modulateur de différentes largeurs temporelles. Crédit : Eran Lustig et al.
Le temps nécessaire pour chacun de ces changements d’indice de réfraction était minuscule – moins de 10 femtosecondes – et, par conséquent, dans le cycle unique nécessaire pour former un PTC stable.
« Les électrons excités à haute énergie dans les cristaux ont généralement besoin de dix fois plus de temps pour revenir à leur état fondamental, et de nombreux chercheurs pensaient que la relaxation ultra-rapide que nous observons ici serait impossible », a déclaré Segev. « Nous ne comprenons pas encore exactement comment cela se produit. »
Le co-auteur Shalaev suggère en outre que la capacité à maintenir les PTC dans le domaine optique, comme démontré ici, « ouvrira un nouveau chapitre dans la science de la lumière et permettra des applications véritablement révolutionnaires ». Cependant, nous en savons aussi peu sur ce que cela pourrait être que les physiciens des années 1960 connaissaient les applications possibles des lasers.
La recherche a été financée par la Fondation allemande pour la recherche.
