Les ondes lumineuses entrent en collision comme s’il s’agissait d’objets massifs – Physics World

Les ondes lumineuses entrent en collision comme s’il s’agissait d’objets massifs – Physics World

Horodatage: 14 septembre 2023 4:00 AM

Dessin schématique d'une collision de photons à une interface temporelle, montrant deux ondes se propageant sur les cadrans de deux horloges et un éclat de jaune à l'endroit où elles se rencontrent
Entrant : dessin schématique d'une collision de photons à une interface temporelle, qui est un métamatériau qui peut subir des changements brusques et importants dans ses propriétés électromagnétiques. (Autorisation : Anna Umana, Centre de recherche scientifique avancée du CUNY Graduate Center)

Les photons peuvent entrer en collision comme s'il s'agissait d'objets massifs grâce à des métamatériaux appelés interfaces temporelles qui subissent des changements brusques dans leurs propriétés optiques. C'est la découverte de chercheurs de la City University de New York, aux États-Unis, qui affirment que leurs travaux pourraient avoir des applications dans les technologies de communications sans fil, d'imagerie et de récupération d'énergie.

Lorsque deux objets se heurtent, ils entrent en collision et leur énergie cinétique est soit conservée, perdue ou augmentée, en fonction de leurs propriétés mécaniques. A l’opposé, deux photons (ondes électromagnétiques) se traversent généralement, même si leur rencontre peut se manifester par des phénomènes ondulatoires comme des interférences. Cependant, la situation est très différente lorsqu’ils dispersent une structure avec perte lorsqu’ils interfèrent. Dans ce cas, l'énergie peut passer entre eux de manière à être entièrement transmise ou absorbée en fonction de l'amplitude et de la phase relatives des photons. Un tel « contrôle cohérent des ondes », comme on l’appelle, peut être exploité pour créer des phénomènes tels qu’une absorption parfaite – c’est-à-dire l’interférence destructrice des ondes lorsque leur énergie est complètement dissipée – et pour adapter le degré d’absorption selon les besoins.

Chercheurs dirigés par un physicien et un ingénieur Andrea Alù ont maintenant montré qu'ils pouvaient créer une nouvelle forme de contrôle sur les échanges d'énergie entre photons. Ce faisant, ils ont réalisé l’analogue photonique d’une collision mécanique pour les ondes électromagnétiques en utilisant des métamatériaux qui peuvent subir des changements brusques et importants dans leurs propriétés électromagnétiques. Ces variations ont permis à l'équipe de créer une structure connue sous le nom d'interface temporelle.

"Lorsque deux ondes se propageant dans des directions opposées rencontrent une telle interface alors qu'elles se chevauchent, elles subissent des échanges d'énergie extrêmement rapides, comme si elles étaient des objets en collision", explique Alù. "La phase relative des deux ondes peut contrôler la nature de cette collision, qui peut soit conserver l'énergie, la dissiper ou l'amplifier." Dans cette forme de contrôle temporel cohérent des ondes, les ondes réfléchies sur l’interface temporelle interfèrent de manière destructrice avec les ondes réfractées. Dans des conditions appropriées, cela permet d’annuler une ou même les deux vagues.

Façonner les impulsions électromagnétiques

Les chercheurs ont eu l’idée de leur nouveau travail après s’être demandé s’il était possible d’effacer une onde mécanique indésirable, telle qu’un tsunami ou une onde sismique, en « lançant » une autre onde similaire contre elle pour la contrecarrer. "Bien qu'un tel résultat soit impossible en physique ondulatoire conventionnelle, nous savions que c'était possible, en principe, avec un métamatériau temporel", explique Emmanuelle Galiffi, chercheur postdoctoral dans le laboratoire d'Alù et auteur principal d'une étude en Physique de la nature sur le travail. "Notre expérience nous a permis de démontrer ce concept en action pour les ondes électromagnétiques."

Cet analogue photonique des collisions mécaniques pourrait également être utilisé pour façonner des impulsions électromagnétiques en les faisant entrer en collision les unes contre les autres. Les chercheurs ont démontré une telle sculpture des ondes électromagnétiques dans le régime micro-ondes et visent désormais à y parvenir à des fréquences plus élevées en utilisant des dispositifs tels que des transistors en graphène à grande vitesse au lieu d'interfaces temporelles.

Horodatage:

Plus de Monde de la physique