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Mar 20, 2023

La réalisation d'un cristal à temps continu basé sur un métamatériau photonique

Article du 8 mai 2023

Reportage du 8 mai 2023

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Un cristal temporel, tel que proposé à l'origine en 2012, est un nouvel état de la matière dans lequel les particules sont en mouvement oscillatoire continu. Les cristaux de temps brisent la symétrie de la translation temporelle. Les cristaux de temps discrets le font en oscillant sous l'influence d'une force paramétrique externe périodique, et ce type de cristal de temps a été démontré dans des ions piégés, des atomes et des systèmes de spin.

Les cristaux de temps continu sont plus intéressants et sans doute plus importants, car ils présentent une symétrie de translation temporelle continue mais peuvent entrer spontanément dans un régime de mouvement périodique, induit par une perturbation extrêmement faible. Il est maintenant entendu que cet état n'est possible que dans un système ouvert, et un état cristallin de temps quantique continu a récemment été observé dans un système quantique d'atomes ultrafroids à l'intérieur d'une cavité optique éclairée par la lumière.

Dans un article publié dans Nature Physics, des chercheurs de l'Université de Southampton au Royaume-Uni ont montré qu'une nanostructure de métamatériau classique peut être amenée à un état qui présente les mêmes caractéristiques clés qu'un cristal à temps continu.

"Nous étudions les interactions lumière-matière avec des métamatériaux nano-opto-mécaniques depuis plusieurs années", a déclaré Nikolay I. Zheludev, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "Nous avons récemment réalisé qu'il s'agissait d'une plate-forme parfaite pour démontrer l'état du cristal temporel",

Dans le cadre de leur étude récente, Zheludev et ses collègues ont entrepris de réaliser un état cristallin en temps continu à l'aide d'un métamatériau photonique. Le système qu'ils ont utilisé est un réseau 2D de métamolécules plasmoniques (c'est-à-dire des structures artificielles qui facilitent l'interaction avec la lumière à l'échelle nanométrique) soutenues par des nanofils flexibles.

Les chercheurs ont démontré que l'illumination continue et cohérente de ce métamatériau photonique avec une lumière qui résonne avec le mode plasmonique des métamolécules qu'il contient provoquait une transition de phase spontanée vers un état qui possède les propriétés clés d'un cristal à temps continu. Cet état est caractérisé par des oscillations continues résultant d'interactions à plusieurs corps entre les métamolécules.

"Nous avons découvert qu'un métamatériau photonique, un réseau de nanofils décorés de nanoparticules plasmoniques, peut être amené à l'état d'oscillations cohérentes des nanofils par une interaction induite par la lumière entre les particules", a expliqué Zheludev. "Ces oscillations émergent spontanément en atteignant un seuil d'éclairement lumineux. Un tel comportement constitue un cristal de temps continu, un nouvel état de la matière."

L'étude récente de cette équipe de chercheurs pourrait ouvrir de nouvelles voies de recherche sur les cristaux temporels et les états dynamiques classiques à plusieurs corps dans le régime fortement corrélé. À l'avenir, le système unique réalisé par Zheludev et ses collègues pourrait également ouvrir la voie au développement de nouveaux dispositifs optiques et photoniques.

"Nous avons démontré un cristal en temps continu, un nouvel état de la matière sur une plate-forme classique simple, ce qui constitue une étape substantielle vers les applications de l'état crustal en temps continu dans les dispositifs photoniques", a ajouté Zheludev. "L'observation rapportée n'est que le début, et nous continuerons à explorer les propriétés fondamentales des cristaux de temps continu métamatériau nano-opto-mécanique et leurs applications."

Plus d'information: Tongjun Liu et al, Analogue de métamatériau photonique d'un cristal à temps continu, Nature Physics (2023). DOI : 10.1038/s41567-023-02023-5

Informations sur la revue :Physique naturelle

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