Des scientifiques du CCNY piègent la lumière à l’intérieur d’un aimant

La lumière piégée à l’intérieur d’un cristal magnétique peut fortement améliorer ses interactions magnéto-optiques. Image créée par Rezlind Bushati.

Une nouvelle étude menée par Vinod M. Menon et son groupe de recherche du City College de New York montre que le piégeage de la lumière à l'intérieur de matériaux magnétiques peut améliorer considérablement leurs propriétés intrinsèques. Les fortes réponses optiques des aimants sont importantes pour le développement de lasers magnétiques et de dispositifs de mémoire magnéto-optique, ainsi que pour les applications émergentes de transduction quantique.

Dans leur nouvel article paru dans la revue "Nature", Menon et son équipe rapportent les propriétés d'un aimant en couches qui héberge des excitons fortement liés - des quasi-particules avec des interactions optiques particulièrement fortes. Pour cette raison, le matériau est capable de piéger la lumière à lui seul. Comme le montrent leurs expériences, les réponses optiques de ce matériau aux phénomènes magnétiques sont d’un ordre de grandeur plus fortes que celles des aimants classiques. "Comme la lumière rebondit à l'intérieur de l'aimant, les interactions sont véritablement améliorées", a déclaré le Dr Florian Dirnberger, auteur principal de l'étude. "Pour donner un exemple, lorsque nous appliquons un champ magnétique externe, la réflexion de la lumière dans le proche infrarouge est tellement modifiée que le matériau change fondamentalement de couleur. C'est une réponse magnéto-optique assez forte."

"D'ordinaire, la lumière ne réagit pas aussi fortement au magnétisme", a déclaré Menon. "C'est pourquoi les applications technologiques basées sur les effets magnéto-optiques nécessitent souvent la mise en œuvre de schémas de détection optique sensibles."

Jiamin Quan, co-auteur de l’étude, explique comment ces progrès peuvent bénéficier aux gens ordinaires : « Les applications technologiques des matériaux magnétiques sont aujourd’hui principalement liées aux phénomènes magnétoélectriques. Compte tenu de ces fortes interactions entre le magnétisme et la lumière, nous pouvons désormais espérer créer un jour des lasers magnétiques et reconsidérer les anciens concepts de mémoire magnétique à commande optique. » Rezlind Bushati, étudiante diplômée du groupe Menon, a également contribué aux travaux expérimentaux.

L'étude menée en étroite collaboration avec Andrea Alù et son groupe du CUNY Advanced Science Research Center est le résultat d'une collaboration internationale majeure. Les expériences menées au CCNY et à l'ASRC ont été complétées par des mesures prises à l'Université de Washington dans le groupe du professeur Xiaodong Xu par le Dr Geoffrey Diederich. Le soutien théorique a été fourni par le Dr Akashdeep Kamra et le professeur Francisco J. Garcia-Vidal de l'Universidad Autónoma de Madrid et le Dr Matthias Florian de l'Université du Michigan. Les matériaux ont été cultivés par les professeurs Zdenek Sofer et Kseniia Mosina à l'UCT Prague et le projet a également été soutenu par le Dr Julian Klein du MIT. Les travaux menés au CCNY ont été soutenus par le Bureau de la recherche scientifique de l'US Air Force, la National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, le centre NSF CREST IDEALS, la DARPA et la Fondation allemande pour la recherche.

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