Les chercheurs du Technion (Israël) et de l’Université de Floride (USA) ont démontré que, non seulement les isolants topologiques sont théoriquement possibles et expérimentalement réalisables, mais qu’ils permettent aussi de créer des lasers extrêmement performants.
Le domaine des isolants topologiques est l’un des domaines les plus innovants et prometteurs de la physique moderne. Ces matériaux ont pour particularité d’être des isolants dans leur intérieur tout en permettant de faire passer un « super courant » sur leur surface. Celui-ci n’est pas affecté par les défauts et les aspérités du matériau et il est alors continu uni-directionnellement et sans être dispersé.
En 2013, le groupe du Prof. Moti Segev, professeur au Technion en Israël, introduit pour la première fois le concept d’isolant topologique, où la lumière se déplace sur les bords d’un réseau bidimensionnel servant de guide, sans être affectée par les défauts et les aspérités de ce matériau. Dans une nouvelle étude publiée en février dans la revue Science, les chercheurs ont trouvé un moyen d’utiliser les propriétés des isolants topologiques photoniques pour construire un nouveau type de laser possédant un comportement fondamentalement unique et qui améliore grandement la robustesse et la performance des réseaux-lasers, ouvrant ainsi la porte à un grand nombre d’applications futures.
Cette étude a été menée par le Prof. Segev et son équipe en collaboration avec les professeurs Christodoulides et Khajavikhan de l’Université de Floride.
(L-R) : Dr. Miguel A. Bandres, Prof Mordechai Segev, Gal Harari (Credit: Nitzan Zohar, Technion)
Pour ce faire, les scientifiques ont construit un système où la lumière se propage dans une seule direction sans subir d’interférences (qui peuvent provenir des défauts du matériau ou de la forme générale des bords de l’objet). L’expérience montre que ceci conduit à l’obtention d’un laser monomode très efficace, c’est-à-dire un laser ayant une fréquence bien définie (ayant donc un mode longitudinal fixé). Un seul mode longitudinal sera alors autorisé à osciller, ce qui permettra d’obtenir une radiation lumineuse très pure.
Le réseau fabriqué utilise des matériaux semi-conducteurs standards et ne nécessite pas de champs magnétiques ou de matériaux magnéto-optiques exotiques, ses propriétés topologiques provenant de sa structure. Par conséquent, il peut être intégré dans des dispositifs classiques utilisant des semi-conducteurs.
Cette étude ouvre la voie à l’étude d’une nouvelle classe de dispositifs photoniques topologiques qui pourraient être intégrés à divers dispositifs photoniques.
Auteur : Guillaume Duret, post-doctorant au Technion pour le BVST
Publication dans Science 1er février 2018