Transformer la façon dont nous contrôlons la lumière et interagissons avec celle-ci
La lumière telle que nous la connaissons est statique, rigide et typiquement de fonction fixe. Et si elle ne devait pas l’être? C’est la question que pose le projet METAmorphoses(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE. Leur idée lumineuse consiste à développer des dispositifs optiques dynamiques, ultraminces et plats, capables de s’adapter, de réagir et de se reconfigurer en temps réel. «Cette idée constitue un changement conceptuel majeur, qui lève des contraintes de longue date sur la manière dont la lumière est contrôlée et ouvre la voie à des fonctionnalités auparavant inaccessibles», explique Antonio Ambrosio(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), scientifique et chercheur principal à l’Institut italien de technologie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), l’institution hôte du projet.
Concevoir de nouvelles métasurfaces
Pour concrétiser cette idée, le projet a conçu et fabriqué des métasurfaces à partir de matériaux photoréactifs tels que les azopolymères, dont la forme et la structure peuvent être réécrites à l’aide de la lumière. «Grâce à l’illumination structurée, nous avons pu encoder des fonctions optiques complexes sur ces surfaces, les effacer et les reprogrammer, le tout sans aucun contact physique», explique Antonio Ambrosio. Les chercheurs ont également vérifié, pour la première fois, la possibilité d’exfolier l’oxychlorure de molybdène (MoOCl₂) en un matériau 2D. Ils ont également étudié son anisotropie optique sans précédent, soulignant son potentiel pour le confinement extrême de la lumière et l’amélioration des applications de détection.
Une nouvelle classe de faisceaux optiques
Le projet soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER) a étudié la manière dont leurs métasurfaces innovantes pouvaient moduler dynamiquement non seulement la structure spatiale de la lumière, mais également ses propriétés dans le temps. Cette ligne de recherche a mené à la création de nouvelles classes de faisceaux optiques. «Cette catégorie de faisceaux dits auto-tordus n’avait jamais été démontrée auparavant et offre un tout nouveau degré de liberté dans la structuration temporelle de la lumière, une liberté qui pourrait avoir des implications de taille pour l’optique ultrarapide, les communications et la manipulation quantique», ajoute Antonio Ambrosio. Selon lui, la combinaison de l’innovation matérielle, de la conception nanophotonique et de l’optique ultrarapide de METAmorphoses a permis au projet de dépasser ses attentes initiales. «L’idée d’une lumière auto-tordue, par exemple, ne faisait pas partie de la proposition initiale», précise-t-il. «Elle est née des questions fondamentales que nous nous posions sur la manière dont la lumière peut être structurée de manière dynamique, et elle est finalement devenue l’une des réalisations les plus marquantes du projet.»
Repousser les limites de la photonique
Le projet METAmorphoses a repoussé les limites de ce qui est actuellement possible dans le domaine de la photonique. D’un point de vue scientifique, il a fourni de nouvelles connaissances et de nouveaux outils qui permettront à d’autres de concevoir des systèmes plus légers, plus compacts et fonctionnellement plus riches que jamais auparavant. Au niveau sociétal, les métasurfaces intelligentes du projet pourraient être utilisées pour améliorer l’imagerie médicale, les communications optiques, les capteurs intelligents et révolutionner les technologies de réalité augmentée. De plus, en réduisant la taille, le poids et la consommation d’énergie des systèmes optiques, ces innovations soutiennent des priorités de l’UE telles que la durabilité et l’efficacité technologique. «En élargissant la boîte à outils de la photonique et en démontrant que les métasurfaces peuvent devenir des interfaces adaptatives, dynamiques et multifonctionnelles pour la lumière, METAmorphoses aura un impact durable sur la façon dont nous concevons des systèmes optiques compacts, performants et réactifs», conclut Antonio Ambrosio. Grâce à deux subventions de la preuve de concept (PoC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) du CER), le projet s’efforce maintenant d’intégrer ses idées et ses dispositifs dans des applications réelles, notamment l’imagerie, la détection et la communication sur puce. Une PoC a déjà abouti à un prototype fonctionnel et fait actuellement l’objet d’une évaluation de brevet.
