De minuscules dispositifs optiques changent à quel point la lumière est contrôlée

Les chercheurs du MIT ont développé une nouvelle plate-forme nanophotonique en utilisant du bromure de sulfure de chrome (CRSBR), un matériau quantique en couches qui pourrait transformer la conception de dispositifs optiques modernes.Cela permet des composants efficaces ultracompactes qui peuvent changer dynamiquement des modes optiques, quelque chose de difficile à réaliser en nanophotonique.

L’avantage clé du CRSBR réside dans sa combinaison d’ordre magnétique et de forte réponse optique.Il permet un réglage continu et réversible des propriétés optiques en utilisant des champs magnétiques modestes sans mouvement mécanique ni modifications thermiques.Cette accordabilité combinée à un indice de réfraction élevé permet la création de structures optiques seulement quelques nanomètres d'épaisseur, beaucoup plus petits que ceux fabriqués à partir de matériaux conventionnels.

Le comportement optique du matériau est entraîné par des excitons, des quasiparticules formés lorsque la lumière excite un électron laissant derrière un trou chargé positivement.Ces paires liées interagissent fortement avec la lumière et sont très sensibles aux champs magnétiques, ce qui permet de contrôler comment la lumière se déplace dans le matériau.

Contrairement aux matériaux nanophotoniques traditionnels tels que le silicium, le nitrure de silicium et le dioxyde de titane, le CRSBR offre des améliorations significatives dans deux domaines clés, l'indice de réfraction et l'accordabilité.Les matériaux existants ont des indices de réfraction relativement modestes, limitant le degré auquel ils peuvent limiter la lumière et restreindre ainsi la compacte des appareils.De plus, leurs propriétés optiques sont fixées après la fabrication, ce qui signifie que tout changement nécessite généralement une modification physique de la structure.

CRSBR surmonte les deux limitations.Son grand indice de réfraction permet un confinement léger plus serré tandis que sa sensibilité magnétique permet un contrôle dynamique.Lorsqu'un champ magnétique est appliqué, l'indice de réfraction se déplace de manière significative, permettant aux appareils de basculer entre différents modes optiques sans aucune pièce mobile.

Cette forte interaction Light-Matter conduit également à la formation naturelle de polaritons, des quasiparticules hybrides qui combinent les propriétés de la lumière et de la matière.Ces polaritons prennent en charge les effets optiques non linéaires améliorés et permettent le transport de la lumière quantique même sans cavités optiques externes.

Jusqu'à présent, les démonstrations ont utilisé des flocons de CRSBR fonctionnant à des températures cryogéniques jusqu'à 132 Kelvins.Cependant, le matériau est compatible avec les plates-formes photoniques existantes et pourrait être utilisée comme composant réglable dans les futurs circuits photoniques.Ceci est particulièrement prometteur pour les applications en simulation quantique, optique non linéaire et systèmes polaritoniques reconfigurables où le fonctionnement à basse température est acceptable.

La recherche est en cours pour trouver des matériaux connexes avec des températures de commande magnétique plus élevées qui pourraient soutenir le fonctionnement à température ambiante et une adoption plus large dans les dispositifs pratiques