Une cartographie des transferts d’énergie dans les cavités optiques radiofréquences

Résultat scientifique Photonique

Difficile de manipuler avec précision des émetteurs nanométriques, dont le moindre ajustement est de l’ordre de l’infiniment petit. Des chercheurs de l’institut Fresnel et de l’université de Sydney ont donc proposé un changement d’échelle. Grâce à une nouvelle approche expérimentale basée sur des ondes radiofréquences, ils ont obtenu la première cartographie des cavités photoniques, où chaque nanomètre influe sur les échanges d’énergie. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review X.

Véritables pièges pour la lumière, les cavités photoniques la maintiennent entre deux miroirs. Son intensité et les interactions lumière-matière y sont alors concentrées, ce qui pourrait permettre de contrôler les échanges d’énergie entre atomes, molécules et des nanostructures comme les boîtes quantiques. À des échelles aussi basses, la manipulation des émetteurs demande cependant une précision encore hors d’atteinte. Des chercheurs de l’institut Fresnel (CNRS/École Centrale Marseille/Aix-Marseille Université) et d’universités australiennes, réunis au sein du laboratoire international associé ALPhA1, ont donc décidé d’agrandir l’échelle de ces phénomènes en remplaçant la lumière par des ondes radiofréquences. Leurs expériences ont permis de caractériser minutieusement le transfert d’énergie dipôle-dipôle, afin d’améliorer le rendement des applications dans les cavités optiques.

Prenant pour base le formalisme mathématique qui décrit le transfert d’énergie dans une cavité optique, les chercheurs l’ont adapté à l’échelle des ondes radiofréquences, un million de fois plus grande. Ce changement a fourni la première cartographie à très haute résolution des paramètres qui agissent sur ces transferts d’énergie, comme d’infimes changements de position entre les dipôles. Cela a permis d’expliquer certaines observations contradictoires dans les cavités optiques, où des échanges qui semblaient similaires ne transféraient pas la même d’énergie, car on sait à présent que des changements trop infimes pour être repérés, à l’échelle des photons, ont une influence considérable.

Une cartographie des transferts d’énergie dans les cavités optiques radiofréquences
© Institut Fresnel
Cartographie du transfert d’énergie entre dipôles dans une cavité optique.

Références :

K. Rustomji, M. Dubois, B. Kuhlmey, C. M. de Sterke, S. Enoch, R. Abdeddaim, J. Wenger,
Direct imaging of the energy transfer enhancement between two dipoles in a photonic cavity,
Physical Review X 9, 011041 (2019) 

DOI: 10.1103/PhysRevX.9.011041

 

 

  • 1. Associated laboratory for photonics between France and Australia, laboratoire associé de photonique entre la France et l’Australie.

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Communication INSIS
Jérôme Wenger
Chercheur en optique