Aussi incroyable que cela puisse paraître, la lumière exerce une pression sur des objets car elle transporte une certaine quantité de mouvement, tout comme les particules de matière. John Henry Poynting, et indépendamment Oliver Heaviside, furent les premiers à le comprendre à partir des équations de l’électromagnétisme de Maxwell. On peut facilement le mettre en évidence aujourd’hui en regardant au microscope les mouvements des bulles d’air dans de la glycérine et éclairées par un faisceau laser.
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Le schéma du circuit photonique réalisé par les chercheurs. Crédit : Tang/Yale
Dans le système solaire, cela se traduit par l'effet Poynting-Robertson sur les poussières en orbite autour du Soleil. Selon leurs tailles, la pression de radiation soit freinera les particules, ce qui les fera se rapprocher lentement du Soleil, soit les propulsera vers l'extérieur du système solaire. Un autre effet bien connu découlant de la quantité de mouvement portée par la lumièrelumière est l'effet Yarkovsky.
Cliquez pour agrandir. John Henry Poynting (1852-1914). Crédit : UCLA
Aujourd'hui, c'est au niveau du nanomètrenanomètre que la pression de radiation est étudiée et utilisée par un groupe de chercheurs de la Yale School of Engineering & Applied Science. Ils ont en effet démontré que le mariage de la nanomécanique et de la nanophotonique était bel et bien possible et que des dispositifs optiques et mécaniques pouvaient être suffisamment miniaturisés pour fonctionner sur une puce.
Un effet important à l'échelle nanométrique
D'après les calculs déjà réalisés, il devrait être possible de confiner des faisceaux lumineux d'une très grande intensité dans des fils à l'échelle nanométrique. On devrait ainsi pouvoir réaliser des sortes de guides d'onde ressemblant à des fibres optiquesfibres optiques. Mais, jusqu'à présent, la technologie pour vérifier et mettre en pratique cette prédiction n'était pas disponible.
Les chercheurs de l'Université de Yale y sont pourtant parvenus. Les pressions atteintes sur des petits dispositifs en siliciumsilicium sont un million de fois supérieures à celle de la lumière du Soleil, ce qui confirme bien qu'à l'échelle nanométrique un saut quantitatif important intervient dans les performances. Ils ont ainsi réalisé des centaines de petits dispositifs sur une puce dans lesquels la lumière était guidée, exactement comme pour les courants d'électronsélectrons sur une puce.
Selon les chercheurs, ces premières réalisations devraient ouvrir la voie à une nouvelle classe de dispositifs semi-conducteurssemi-conducteurs, et même à des nanomoteurs équipant des nanorobots, opérant avec des photonsphotons à des vitessesvitesses ultra-rapides et utilisant peu d'énergieénergie.
