UN NOUVEAU LASER PRODUIT LA PREMIÈRE LUMIÈRE SUPERCHIRALE AU MONDE

Des chercheurs de la Vrije Universiteit Brussel, de l'Université du Witwatersrand (Afrique du Sud), de l'Université de Harvard (Etats-Unis), de l'Université nationale de Singapour (Singapour) et du CNST (Italie) ont mis au point le premier laser à méta-surface du monde qui produit une lumière superchirale. Il s'agit d'une lumière qui possède un moment angulaire très élevé et qui tourne autour de son propre axe et se propage donc, comme une hélice, en spirale. Le nouveau laser peut être utilisé un peu comme un tournevis optique.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la célèbre revue Nature Photonics. "Avec ce laser, nous combinons les dernières techniques de nanofabrication, de mesures optiques et d'analyse des données et offrons une toute nouvelle perspective sur l'interaction entre la lumière et la matière. La lumière pourrait permettre le déplacement d'éléments à l'échelle nanométrique", explique le professeur Vincent Ginis, chercheur de la VUB, membre du Data Lab et du Applied Physics Research Group et impliqué dans le développement de ce nouveau laser.

laser à méta-surface

Une méta-surface est une surface une surface ultra-mince sur laquelle de petits cubes sont appliqués par nanofabrication (disque central dans le schéma). Les propriétés de ces petits blocs déterminent le comportement du faisceau de lumière. Le nouveau laser utilise une méta-surface composée de nanostructures soigneusement élaborées, jusqu'à 1.000 fois plus petites que la largeur d'un cheveu humain.

La lumière passe plusieurs fois à travers cette méta-surface et chaque passage induit une nouvelle rotation. A force de répétition, le laser est capable de produire de la lumière avec un moment angulaire très élevé, ce qui entraîne une très forte rotation de la lumière. La lumière 'torsadée' - également appelée lumière chirale - ainsi créée possède une pureté élevée sans précédent. En raison de limitations à la fois fondamentales et techniques, personne n'avait encore réussi à créer ce rayon chiral à l'aide d'un laser. Avec le nouveau laser, cela est maintenant possible, avec un contrôle total du moment angulaire orbital et de la rotation (polarisation) de la lumière. 

"En utilisant cette lumière, nous pouvons manipuler les microstructures d'une manière totalement nouvelle. La lumière peut être utilisée pour le contrôle: pour déplacer et trier les éléments. La lumière torsadée peut entraîner des micro-équipements pour générer un courant, et pour imiter les centrifugeuses, là où l'on ne peut avoir recours aux systèmes physiques et mécaniques classiques par manque de place. Différentes industries et différents domaines de recherche ont besoin de lumière superchirale pour optimiser leurs procédés, notamment les industries alimentaire, informatique et biomédicale", a déclaré M. Ginis. "Nous pouvons utiliser ce type de lumière pour entraîner des engrenages de manière optique, là où les systèmes mécaniques physiques ne fonctionneraient pas, comme dans les systèmes microfluidiques. L'intention, par exemple, serait de fabriquer des médicaments sur une puce plutôt que dans un grand laboratoire. Ce principe est également appelé "Lab-on-a-Chip". Comme tout est minuscule, la lumière est utilisée pour le contrôle: pour déplacer et trier les éléments, comme les bonnes et les mauvaises cellules. La lumière torsadée est utilisée pour actionner des micro-équipements afin de démarrer le flux, et pour imiter l'effet des centrifugeuses avec de la lumière."

lumière chirale

Le principe de la chiralité est dérivé de nos mains (du grec: cheir), qui sont l'image miroir l'une de l'autre. Certaines molécules sont identiques dans leur composition, mais elles sont l'image miroir l'une de l'autre et ont donc des propriétés différentes. L'ADN, par exemple, est une molécule qui a un sens de rotation spécifique. La lumière peut être chirale de deux façons: par une rotation autour de son propre axe (rotation AM) et par un moment angulaire orbital (OAM), comme la terre en orbite autour du soleil. La lumière ayant un grand moment angulaire se déplace dans une direction, mais tourne en même temps autour de son axe de propagation.