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Peut-on construire un laser à l'échelle nanométrique ?

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C'est la question à laquelle un groupe de chercheurs Hollandais vient de répondre. Cela pourrait être crucial pour le développement de la nanoélectronique.

Peut-on construire un laser à l'échelle nanométrique ?
En rouge et en bleu les atomes pour faire fonctionner un laser namométrique (Crédit Tom Savels).

De nos jours, tous les fabricants de circuits intégrés veulent essayer de faire des composants de la taille la plus petite possible. Afin d'y parvenir, des circuits optiques de basse puissance, comme ceux basés sur des lasers, sont une voie prometteuse. Tom Savels, un chercheur du FOM Institute for Atomic and Molecular Physics à Amsterdam et ses collègues, Allard Mosk et Ad Lagendijk du MESA Research Institute de l' University of Twente à Enschede en Hollande, se sont alors posé la question « Quelle est la taille minimum d'un système nécessaire pour créer un laser ? ».

« La réponse » dit Savels, « est que seulement deux atomes sont nécessaires ». Savels et ses pairs expliquent leurs résultats dans un article de la fameuse Physical Review Letters. « C'est vraiment la course pour voir qui va construire ces petits lasers, et nous avons défini exactement où se trouve la ligne d'arrivée » explique Savels. Bien sûr, il précise bien que, pour le moment, un laser à l'échelle nanométrique est juste une possibilité théorique. « Mais il est réalisable dans une large gamme de situations expérimentales, et il y a déjà des groupes intéressés à travailler sur notre idée ».

Savels précise que les lasers nanométriques qu'il propose de réaliser sont vraiment plus petits que ceux qu'on sait déjà faire avec un seul ion, même si là, ils nécessitent deux atomes. En effet, il rappelle que « ces lasers ont besoin de cavités et de miroirs pour créer l'effet LASER » et il ajoute « nous prouvons qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un miroir. Tout ce dont vous avez besoin est un autre atome ».

Un atome est excité selon la technique du pompage optique, et au moins un autre atome tout près suffit alors pour obtenir l'effet LASER. Il est possible, bien évidemment, d'ajouter quelques atomes de plus autour du premier, et la conclusion de l'équipe de chercheurs est que cinq atomes seraient en fait la bonne combinaison. « Plus nous avons d'atomes, meilleur est l'effet » dit Savels, « mais j'insiste vraiment sur le fait que deux atomes seulement suffisent ! ».

Cette théorie sur un effet LASER réalisable à l'échelle nanométrique est très générale. Elle peut être employée pour des particules autres que des atomes. «  Étonnamment, cet effet LASER s'applique à un éventail d'objets comprenant des molécules, des particules d'or attachées à l'ADN, et même des boites quantiques ! »

Savels est sûr que le projet atteindra le stade de la réalisation expérimentale. « Il est vraiment largement applicable, et il peut être employé pour former des lasers nanométriques pour une grande variété d'utilisations dans un futur proche » .

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