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Mise au point d’un « tournevis optique » pour nanomachines

Frans Steenhoudt

Des chercheurs de la VUB, de l’Université du Witwatersrand (Afrique du Sud), de l’Université de Harvard (États-Unis), de l’Université nationale de Singapour (Singapour) et du CNST (Italie) ont mis au point un laser à métasurface. Il produit une lumière supercritique, une lumière « superchirale », ce qui génère une rotation de la lumière autour de son propre axe et produit un faisceau torsadé, qui se propage comme une « hélice ». Ce nouveau laser peut dès lors être utilisé comme une sorte de « tournevis optique », indiquent les chercheurs.

« Avec ce laser, nous combinons les dernières techniques de nanofabrication, de mesure optique et d’analyse des données et nous offrons une toute nouvelle perspective sur l’interaction entre la lumière et la matière. La lumière peut être utilisée pour déplacer des objets à l’échelle nanométrique », explique le Pr Vincent Ginis, chercheur de la VUB, affilié au Data Lab et au groupe de recherche en physique appliquée. Il a participé à la mise au point de ce nouveau laser.

Une métasurface est une surface mince et microscopique sur laquelle de petits cubes ont été appliqués par nanofabrication. Les propriétés de ces petits blocs déterminent ce qui arrive à la lumière. En passant plusieurs fois à travers cette métasurface, la lumière prend chaque fois une nouvelle orientation. En raison de l’interaction répétée entre la lumière et la surface, le laser peut produire de la lumière avec un moment angulaire très élevé, ce qui entraîne une très forte rotation de la lumière.

La « lumière torsadée » qu’elle crée possède une pureté élevée sans précédent. En raison de limitations à la fois fondamentales et techniques, il n’avait pas été possible de faire produire par un laser une telle lumière. Avec ce nouveau système, c’est désormais possible.

« En utilisant cette lumière, nous pouvons manipuler les microstructures d’une manière totalement nouvelle. La lumière peut être utilisée pour le contrôle, pour le déplacement et pour le tri d’objets. Cette lumière torsadée peut mettre en mouvement des microéquipements afin qu’ils génèrent un courant, ou pour imiter des centrifugeuses, et ce à des échelles tellement petites que les systèmes physiques et mécaniques classiques ne peuvent plus être.

Divers domaines de la recherche, mais aussi certaines industries, ont besoin de lumière supercritique pour améliorer leurs procédés, notamment les industries alimentaires, informatiques et biomédicales », estime M. Ginis. « Nous pouvons utiliser la lumière supercritique pour entraîner optiquement des engrenages là où les systèmes mécaniques physiques ne fonctionneraient pas, comme dans les systèmes microfluidiques. De quoi par exemple, pouvoir un jour fabriquer des médicaments sur une puce plutôt que dans un grand laboratoire ».

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