Une démonstration de l'effet Hall photonique

Publié par Adrien le 20/11/2020 à 09:00
Source: CNRS INP
Une équipe de chercheurs a démontré qu'une sphère diffusant la lumière, dotée d'une source lumineuse dans son centre, se met en rotation lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique grâce à l'effet Hall photonique.

Lorsque les photons se propagent dans un milieu désordonné soumis à un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) externe, on observe l'apparition d'un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) dit "magnéto-transverse". C'est l'effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant...) photonique, équivalent de l'effet Hall électronique bien connu dans la conduction électrique. Le rôle de la charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de...) déviée par le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique est ici joué par la rotation de la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) induite par le champ magnétique.


Les photons (en jaune), émis par une source au centre (étoile verte) quittent la sphère soumis au champ magnétique Bo. La densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de flux qui en résulte (S) est dotée d'un moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un rôle...) orbital proportionnel au champ magnétique. La conservation du moment angulaire total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) du système entraîne. © 2020 American Physical Society

Cet effet, découvert il y a 25 ans par des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au Laboratoire national des champs magnétiques intenses (LNCMI, CNRS/INSA Toulouse/Université Toulouse-III-Paul-Sabatier/Université Grenoble Alpes) et au Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et modélisation des milieux condenses (LPM2C, CNRS/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Grenoble Alpes) de Grenoble, n'avait pas dit son dernier mot.

Ces mêmes chercheurs ont démontré que dans une sphère optiquement épaisse, soumise à un champ magnétique et dotée en son centre d'une source optique dépolarisée, les photons qui s'échappent de la sphère après leur marche aléatoire (En mathématiques et en physique théorique, une marche au hasard est un modèle...) vers son bord possèdent un moment angulaire orbital proportionnel au champ magnétique appliqué. Puisque le moment angulaire total est toujours conservé, la sphère sera soumise à un couple mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...), et se mettra donc à tourner. Cette prédiction théorique doit être désormais confirmée par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...).

Ce moulinet magnéto-optique pourrait avoir des conséquences pour le transfert radiatif dans les atmosphères stellaires, souvent soumises à des forts champs magnétiques.

Référence:
The Photon Hall Pinwheel, Radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) of Angular Momentum by a Diffusing Magneto-optical Medium.
Bart van Tiggelen et Geert Rikken, Physical Review Letters, le 22 septembre 2020.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.133901
Article disponible sur la base d'archives ouvertes HAL et ArXiv
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