La lumière déplace des objets

Des chercheurs de l'Université de Yale (Connecticut) ont montré que la lumière peut être exploitée pour déplacer des micro-objets, comme la conduite des nanomachines. Les résultats pourraient mener à des systèmes opto-mécaniques fabriqués à partir de circuits photoniques à l'échelle nanométrique. Bien que la force exercée par les photons soit trop faible pour être ressentie à l'échelle humaine, elle peut être récupérée de manière significative en la concentrant sur des petits circuits à semiconducteurs. Ce n'est pas la première fois qu'on déplace des objets grâce à la lumière. En effet, grâce aux pinces optiques ("optical tweezers"), la micromanipulation utilise la force de la lumière réfractée d'un laser pour introduire, placer ou déplacer des objets, dans une cellule vivante par exemple.

En combinant la nanophotonique et la nanomécanique, deux domaines des nanotechnologies en pleine expansion, l'équipe de Hong Tang, professeur d'ingénierie électrique et mécanique, ouvre la porte à la création de composants opto-mécaniques sur des puces en silicium ou autres semiconducteurs. Contrairement aux pinces optiques, les objets qui peuvent être manipulés ne sont pas diélectriques (c'est-à-dire isolants) ; l'équipe de chercheurs amène ce concept à une autre étape en montrant que la force optique peut mouvoir des semiconducteurs.

Les chercheurs ont montré qu'en fait quand la lumière concentrée est guidée à travers un dispositif mécanique nanométrique, une force est générée, et suffisante pour opérer sur une nanomachine sur puce. Cela porte donc l'étendue des applications possibles au domaine de la microélectronique, en créant des dispositifs à la fois nano photoniques et nano mécaniques, comme des guides d'onde à fort contraste, ou des structures à lumière lente. Les chercheurs ont montré que lorsqu'ils passaient un faisceau de lumière à travers un cristal photonique résonant disposé sur un substrat semi conducteur, qui agit comme un guide d'onde pour la lumière, celui-ci se déforme. Ce qui met en évidence une force optique, qui peut être mesurée comme un changement de couple entre le résonateur et le substrat. La force (qui peut aussi atteindre les 8 pN par micron et par milliwatt), pourrait donc être suffisante pour déplacer des systèmes mécaniques sur puce, d'après Tang et ses collègues.

La force optique produite par cette nouvelle méthode est en fait perpendiculaire à la direction du faisceau laser, contrairement aux pinces optiques, où la force optique était parallèle à la direction de propagation de la lumière. Cela signifie maintenant que les miroirs ou les cavités optiques utilisés avec les pinces optiques, qui sont difficiles à implémenter dans des systèmes sur puces, ne sont plus nécessaires. Et cela n'est pas tout: la force optique est intrinsèquement rapide et peut par conséquent déplacer les dispositifs nano mécaniques à de très hautes fréquences, et surpasser la barrière symbolique de quelques gigahertz.

Il explique que la valeur de la force est du même ordre de grandeur que pour les autres forces utilisées pour pousser des nano dispositifs, comme les forces électrostatiques et magnétiques, sans qu'aucun champ extérieur ne soit nécessaire. Cela implique, explique Tang, qu'il sera possible de développer un système photo-électro-mécanique avec détecteur optique intégré et mouvement dans un futur proche. Enfin, tous ces dispositifs requièrent aussi beaucoup moins de puissance que les dispositifs utilisant les électrons.

Ce développement en optique amène à un nouveau concept de dispositifs ultra rapides ; les prochains développements seront pour l'amélioration des aspects mécaniques du système.