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La lumière comme moteur des nanomachines

La lumière comme moteur des nanomachines

Des ingénieurs de l'Université de Yale, aux États-Unis, ont montré qu'il était possible d'exploiter la force de la lumière pour entraîner des nanomachines. Le résultat de leurs recherches pourrait conduire à des dispositifs mécaniques entièrement optiques constitués de circuits photoniques de taille nanométrique.

Les travaux, publiés dans la revue Nature, combinent avec succès deux grands domaines de recherche émergents: la nanophotonique et la nanomécanique; et il pourrait permettre de fabriquer de minuscules pièces mécaniques et optiques sur la même puce de silicium.

Bien que la force exercée par les photons soit trop faible pour être ressentie dans la vie quotidienne, elle peut être grandement améliorée en concentrant la lumière dans des circuits photoniques de taille nanométrique.

Jusqu'à présent, la force de la lumière n'a été utilisée que pour déplacer de petits objets en utilisant une technique appelée «pincettes optiques». Ces pinces fonctionnent en capturant des objets de la taille d'un micromètre près du foyer d'un faisceau laser. La technique permet de saisir des objets et de les déplacer vers un autre endroit en utilisant uniquement la lumière. Maintenant, Hong Tang et ses collègues ont poussé ce concept un peu plus loin, montrant que les forces optiques peuvent être exploitées pour déplacer un dispositif semi-conducteur entier.

Les chercheurs ont montré que lorsque la lumière concentrée passe à travers un résonateur photonique nanomécanique séparé, qui agit également comme un guide d'ondes pour la lumière, le résonateur se replie. La force optique provoquant ce déplacement peut être mesurée comme le changement de couplage entre le résonateur et le substrat sous-jacent. La force (qui peut atteindre 8 pN par micromètre par milliwatt) serait suffisamment grande pour déplacer des machines à l'échelle nanométrique sur une puce, notent Tang et ses collègues.

La force optique produite par la nouvelle méthode agit en fait perpendiculairement à la direction du faisceau lumineux; quelque chose de différent de ce qui s'est passé dans les systèmes précédents, dans lesquels la force optique était parallèle à la direction de propagation de la lumière. Cela signifie que la configuration de miroirs ou de cavités, difficile à mettre en œuvre dans les systèmes de balance à circuit intégré, n'est plus nécessaire. Et ce n'est pas tout: la force de la lumière est intrinsèquement rapide et peut donc diriger des dispositifs nanomécaniques à des fréquences très élevées, dépassant peut-être le cap actuel de quelques gigahertz, note Tang.

Selon lui, l'amplitude de la force est à peu près de la même taille que les autres forces couramment utilisées pour actionner les nanodispositifs, telles que les forces magnétiques ou électrostatiques, mais sans avoir besoin de champs externes. "Tout cela implique que, dans un proche avenir, il sera possible de développer un système nanoélectromécanique entièrement photonique, avec détection et activation optiques intégrées." D'un autre côté, tous les dispositifs optiques exigeraient également beaucoup moins d'énergie que ceux qui utilisent des électrons.

Source: Web Nanotech


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