Faire voyager la lumière en sens inverse, à des vitesses négatives. Tel est le but du physicien Costas Soukoulis, de l'université de l'Iowa, et de nombre de ses collègues à travers le monde. Pour ce faire, il convient d'utiliser des méta-matériaux au comportement exotique.
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Dans la course aux petites longueurs d'ondeslongueurs d'ondes, l'équipe de Soukoulis est récemment parvenue à une avancée notable : concevoir un matériaumatériau qui présente un indice négatif à la longueur d'onde de 1,5 micromètremicromètre. Un exploit !

Les méta-matériaux ont un singulier pouvoir sur la lumière<br /> En particulier, ils peuvent bénéficier d'un indice de réfraction négatif <br />(Crédits : Nonlinear Physics Centre )

Les méta-matériaux ont un singulier pouvoir sur la lumière
En particulier, ils peuvent bénéficier d'un indice de réfraction négatif
(Crédits : Nonlinear Physics Centre )

De l'avis de Costas Soukoulis, de l'université de l'Iowa, inverser le parcours de la lumièrelumière et la faire voyager à une vitesse qui semble dépasser les 299.792.458 mètres par seconde, c'est un peu comme réécrire l'électromagnétismeélectromagnétisme et modifier les lois de Snell-Descartes. Autant dire qu'il s'agit là d'un champ d'exploration riche et passionnant.

Les physiciens ne parviennent pas à jouer de la sorte avec la lumière en ayant recours à des matériaux naturels. Cette prouesse repose sur l'utilisation de matériaux artificiels, aux propriétés exotiques, qui portent le nom de méta-matériaux. Parmi les caractéristiques singulières de ces matériaux composites artificiels figure notamment leur capacité à présenter un indice de réfraction négatif : tandis que les composés naturels réfractent un faisceau incident en lui faisant décrire un angle vers la droite, les méta-matériaux peuvent le réfracter avec un angle négatif, et le faire ainsi émerger plus à gauche. Cette propriété leur confère de grands avantages lorsqu'il est question de concevoir des lentilleslentilles haute résolutionrésolution.

Mettre au point un méta-matériau apte à réfracter de la sorte la lumière visible - des longueurs d'ondes comprises entre 400 et 700 nanomètresnanomètres - est l'un des buts principaux des scientifiques oeuvrant dans ce domaine de la physiquephysique. Hélas, à l'heure actuelle, les méta-matériaux ne présentent un indice de réfractionindice de réfraction négatif que pour des micro-ondes (de 1 millimètre à 10 centimètres) ou le lointain infrarougeinfrarouge.

L'équipe menée par Costas Soukoulis a fait un nouveau pas vers la lumière visible en faisant explorer à ses méta-matériaux un domaine encore inconnu, le proche infrarouge. Ainsi, pour la première fois, des chercheurs sont parvenus à descendre jusqu'au pallier de 1,5 micromètre !

Parallèlement à cet exploit, les physiciens ont montré que la vitesse de phasevitesse de phase et la vitesse de groupevitesse de groupe étaient toutes deux négatives. Ceci renforce l'espoir de voir une onde réfractée « aller à reculons » et dépasser la vitesse communément admise de la lumière. « Ce serait due à la dispersion de l'indice négatif de réfraction. Rien ne viendrait contredire la théorie d'EinsteinEinstein de la relativité », explique Costas Soukoulis.

L'une des applicationsapplications possibles des méta-matériaux est la conception d'une cape d'invisibilité, qui verrait la lumière couler autour des objets et les faire disparaître à notre vue. Un tour de magie qui pourrait bientôt entrer dans le monde de la physique !