La lumière déplace des objets

Publié par Adrien le 11/12/2008 à 00:00
Source: BE Etats-Unis numéro 145 (5/12/2008) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /56907.htm
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 (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) exercée par les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) 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 (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). En effet, grâce aux pinces optiques ("optical tweezers"), la micromanipulation utilise la force de la lumière réfractée d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) 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 (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...) électrique et mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...), ouvre la porte à la création de composants opto-mécaniques sur des puces en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) 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 (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) 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 (Les nanomachines sont de minuscules machines théoriques. Leur taille est de l'ordre du nanomètre.) 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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) à fort contraste, ou des structures à lumière lente (La Lente est une rivière de la Toscane.). Les chercheurs ont montré que lorsqu'ils passaient un faisceau de lumière à travers un cristal photonique (Les cristaux photoniques sont des structures périodiques de matériaux diélectriques...) 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 (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...): 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) extérieur ne soit nécessaire. Cela implique, explique Tang, qu'il sera possible de développer un système photo-électro-mécanique avec détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) optique intégré et mouvement dans un futur proche. Enfin, tous ces dispositifs requièrent aussi beaucoup moins de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) que les dispositifs utilisant les électrons.

Ce développement en optique amène à un nouveau concept de dispositifs ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport...) rapides ; les prochains développements seront pour l'amélioration des aspects mécaniques du système.

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