Le 17 août 2016 par Israël Science Info desk

Le groupe de recherche du Pr Erez Hasman du Technion a développé une technologie pour compresser des douzaines de lentilles sur une surface nanométrique. L’étude ouvre la voie vers la création d’un nouveau type d’élément optique avec de potentielles applications en médecine, en alimentation, en communication et dans d’autres secteurs.

Les possibles applications sont : le développement et le test d’ingrédients alimentaires et pharmaceutiques, les interconnexions optiques pour la communication et l’informatique par l’envoi de faisceau lumineux, des verres multifocaux doté d’une précision sans précédent ainsi que des outils d’informatique quantique.

Le Pr Hasman explique : « La source de notre inspiration est un radar ordinaire, basé sur le déploiement d’antennes qui transmet et reçoit de nombreux fronts d’ondes. Le défi dans la transition des radars à ondes radios en radar optique est causé par les dernières opérations à une plus petite longueur d’onde, environs 0.5 micron, et la longueur de l’antenne doit être plus courte que la longueur d’onde. »

Le groupe de recherche en nano-optique est composé des étudiants de troisième cycle : Elhanan Maguid, Igor Yulevich, Dekel Veksleret le docteur chercheur Vladimir Kleiner, en collaboration avec le professeur Mark Brongersma de l’Université de Stanford. Le groupe a démontré que par le mélange de nombreuses antennes, beaucoup de front d’ondes peuvent être produit à partir d’une ouverture optique commune. «L’approche que nous avons développé devrait provoquer une révolution fonctionnelle dans l’optique. C’est basé sur une combinaison du concept d’ouverture commune et de méta surfaces, que j’ai développé en 2001. Cette combinaison ouvre la voie pour une mise en œuvre d’élément multifonction, c’est-à-dire des éléments capables de réaliser plusieurs tâches en même temps, soit des nouveaux types d’éléments optique », précise le Pr Hasman.

Les métasurfaces sont de fin éléments optiques, approximativement une centaine de fois plus fin qu’un cheveu, couvert d’une antenne miniature (une nano antennes). La forme, localisation et l’orientation de l’antenne déterminent les propriétés du petit élément optique, et par conséquent, un contrôle précis du placement des antennes est essentiel à la performance du dispositif.

Le groupe a appliqué des techniques pour créer un réseau de nano-antenne afin d’obtenir de multiples fronts d’ondes particulier, tel qu’un vortex de faisceaux transportant moment angulaire de l’orbite (moment cinétique orbital). Cette réalisation a été utilisée pour la mesure simultanée un spectre de caractéristiques et la polarisation de l’état de lumière, permettant d’intégrer les analyses spectro-polarimétrique sur puce.

L’étude présente plusieurs méthodes pour mettre en œuvre la multifonctionnalité des méta-surfaces. L’agencement unique des nano-antennes permet aux chercheurs de se concentrer sur les faisceaux lumineux et de les réfléchir dans la direction souhaitée en contrôlant le niveau du spin du photon. Le spin, c’est-à-dire, le moment cinétique interne, est une propriété de la particule de lumière (photon) décrivant la direction de la rotation du photon.

Schematic demonstration of different light beams with angular momentum emanating from antenna arrays on metasurface

Les chercheurs ont pris l’avantage de ces propriétés et ont développé un élément capable de mesurer la longueur d’onde et la polarisation de la lumière simultanément, en une seule mesure. Il s’agit d’un spectro-polarimètre d’une taille d’environs 50 microns, permettant l’incorporation petits systèmes avancés de diagnostiques médicaux et dans d’autres domaines. Dans l’article, les chercheurs présentent la caractérisation et la différentiation entre les deux types de glucoses. Morphologiquement, les deux types de glucoses sont énantiomère, soit l’exacte image l’une de l’autre, comme deux gouttes d’eau. Cette propriété est nommée la chiralité.

Depuis que le glucose change la polarisation de la lumière, les chercheurs mesurent les propriétés de la lumière dispersée par la solution de glucose, en utilisant les méta-surfaces qu’ils ont développé, et on ainsi été capables de faire la distinction entre les deux types de glucose.

La distinction entre les deux types de glucoses est primordiale, car les mammifères possèdent des enzymes qui brisent le D-glucose mais pas L-glucose, par conséquent le D- énantiomères est biologiquement actif.

De plus, étant donné que la plupart des molécules biologiques sont chirales, la distinction de l’énantiomère a des répercussions généralisées pour les industries pharmaceutiques et alimentaires. Le Thalidomide, médicament utilisé durant les années 1950 et 1960 comme sédatif et anti-nauséeux chez les femmes enceintes, qui provoqua de graves malformations congénitales, a été basé sur une molécule chirale. L’un de ses énantiomères soulage en effet les nausées matinales chez les femmes enceintes, mais les autres nuisent au développement du fœtus.

« Israël, un empire de l’optique »

Le Pr Hasman dirige le laboratoire Micro et Nanooptique à la Faculté de génie mécanique et de l’Institut de nanotechnologie Russell Berrie du Technion. Il explique : « Outre le savoir-faire que nous avons accumulé ici depuis de nombreuses années de travail, le Technion dispose d’une infrastructure de classe mondiale très avancée, qui nous permet de développer et de produire une nanotechnologie révolutionnaire. » Il note fièrement la position d’Israël sur la carte du monde de l’optique. « Israël, et pas seulement le Technion, est certainement un empire de l’optique. Nous disposons de certains groupes à la pointe de la recherche mondiale, ainsi qu’une industrie très impressionnante« .

Le Pr Hasman a obtenu son doctorat à l’Institut Weizmann et a ensuite passé une dizaine d’années à mener le développement dans les industries civiles et militaires.

En 1998, compte tenu de la pénurie d’ingénieurs optiques, le Technion lui a offert la possibilité d’établir la piste d’ingénierie optique à la Faculté de génie mécanique – et il a accepté l’offre. Il indique : « Il est maintenant clair que l’arrière-plan de l’ingénierie, vaste comme il peut l’être, n’est pas complet sans une formation scientifique approfondie, et c’est cet écart que nous remplissons ici : formation d’ingénieurs avec une compréhension globale de la science optique. Aujourd’hui, cette voie fournie à l’industrie de nombreux anciens étudiants possédants des connaissances approfondies en optique et forme de nombreux doctorants, et il y a même des professeurs dans les universités qui ont étudié ici dans la voie d’ingénierie optique.  »

Source Techtalk

Publication dans Science 21 avril 2016