Contrôlez la lumière et les nanoparticules pour afficher différentes images, puis transmettez d'autres données depuis
L'essentiel sur le nouveau travail des scientifiques
Pour comprendre exactement ce que les chercheurs ont fait, pensez à une fenêtre. Il y a une image gravée sur un côté, mais de l'autre côté, l'image est complètement différente.
Cela peut sembler impossible, mais en fait,ce sont les résultats obtenus par des scientifiques de l'Université nationale d'Australie (ANU). L'équipe a développé de minuscules nanoparticules translucides qui montrent deux images différentes lorsqu'elles sont vues sous des angles différents.
Au cours de l'une des expériences, les scientifiques ont réalisé une diapositive représentant simultanément le continent australien et l'Opéra de Sydney.
Une diapositive qui montre deux images en même temps
Le domaine étudié par les scientifiques s’appelleoptique non linéaire. Les découvertes dans ce domaine pourraient être utilisées pour améliorer l'informatique photonique, c'est-à-dire l'informatique qui utilise la lumière visible ou infrarouge plutôt que le courant pour transmettre des données.
Comment ça marche?
En règle générale, la lumière se propage de la même manière à travers le même matériau, comme le verre ou l'eau.
Les chercheurs ont décidé d'inverser ce processus etont mis au point de minuscules verres recouverts de nanoparticules sous forme de cylindres. Pour avoir une idée de l'échelle, imaginez que 12 000 de ces particules pourraient tenir dans la section transversale d'un cheveu humain.
Ces nanoparticules contrôlaient le flux de lumière, comme des panneaux de signalisation qui donnent une direction à la circulation, explique le physicien Sergei Kruk.
Représentation schématique du trajet de la lumière
« Nous avons pu introduire une asymétrie dans la propagation de la lumière. Ainsi, lorsqu'il se propage vers l'avant/vers l'arrière, nous obtenons des résultats complètement différents », a-t-il déclaré.
Les auteurs de l'ouvrage appellent ces "panneaux routiers" des résonateurs diélectriques non linéaires.
Les nanoparticules en forme de cylindre étaient constituées de deux couches de silicium et de nitrure de silicium. Chaque couche avait un indice de réfraction différent. Cela signifie que la lumière traverse chaque support différemment.
Les nanoparticules peuvent être placées de manière à ce qu'ellesbrillaient ou étaient sombres lorsque la lumière les traversait vers l'avant ou vers l'arrière. C'est comme de minuscules pixels qui s'allument ou ne s'allument pas. Les auteurs en ont fait un motif qui, ensemble, ressemblait à une seule image.
« Habituellement, les images sont constituées de pixels individuels. Et nous pouvons assembler ces pixels dans tous les motifs que vous aimez », a déclaré Crook.
Benjamin Eggleton, directeur de l'InstitutLa nanotechnologie à Sydney, a qualifié cette étude de résultat majeur. Ceci, dit-il, est une physique importante qui peut être utilisée dans différentes applications. L'application la plus évidente, dit-il, concerne les composants nanophotoniques pour l'informatique.
Élément clé de l'informatique électronique et complexearchitecture de micropuce - diode. Il permet au courant de circuler dans un seul sens. En photonique ou en informatique basée sur la lumière, un isolant est utilisé à la place d'une diode.
Selon le professeur Eggleton, les isolateurs actuels sont très volumineux et difficiles à fabriquer, mais les travaux des scientifiques de l'ANU pourraient conduire à des conceptions petites et simples.
Circuits photoniques ou calcul optiqueappelé l'avenir de l'informatique. Ils peuvent être plus petits que les modèles électroniques, et ils fonctionnent également à des vitesses plus élevées, utilisent moins d'énergie et génèrent moins de chaleur.
De nombreuses entreprises mondiales d'informatique quantique s'appuient sur des circuits photoniques, note Eggleton.
Qu'en est-il d'Internet ?
Il existe également une opinion selon laquelle les nouvelles technologies aiderontrendre Internet plus rapide et moins cher. Le Dr Lei Wang de l'Université du Sud-Est en Chine a déclaré : « Bien que le but de ces images soit principalement artistique, elles démontrent le potentiel de cette nouvelle technologie.
"Dans les applications du monde réel, ces nanoparticules peuvent être assemblées en systèmes complexes qui contrôleront efficacement le flux de lumière - par exemple, dans la prochaine génération d'infrastructures de communication."
Selon le Dr Crook, la capacitéLe contrôle du flux de lumière à l’échelle nanométrique garantit que la lumière « ira là où elle est censée aller et n’ira pas là où elle ne devrait pas aller ». Cela peut créer une connexion Internet plus rapide qui nécessite moins d’électricité pour fonctionner, note l’équipe.
Par exemple, en 2020, des scientifiques ont créé un photonun système qui transmet 44,2 térabits de données par seconde sur une fibre optique sur une distance de 76 km. C'est environ 1 million de fois plus rapide que les vitesses moyennes de téléchargement haut débit.
Crook pense que les physiciens d'aujourd'hui ne font que commencer à comprendre comment la lumière intense affecte la structure des matériaux à l'échelle nanométrique.
« Aujourd’hui, les scientifiques connaissent un succès incroyable dans la gestioncourant électrique, mais nous savons encore peu de choses sur le contrôle des rayons lumineux. Cette recherche pourrait constituer la première étape importante vers la création d’un dispositif complexe permettant de contrôler le mouvement des rayons lumineux. Ceci est similaire aux dispositifs du milieu du 20e siècle qui contrôlaient le mouvement des courants électriques », a conclu Crook.
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