Percée quantique en optique

Des scientifiques ont réalisé une avancée majeure en optique. Grâce à l'utilisation de matériaux quantiques, ils ont confirmé expérimentalement pour la première fois la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) dans la gamme des térahertz (THz), y compris aux fréquences paires. Ceci était auparavant impossible en raison de la symétrie de la plupart des matériaux.

La génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) permet la conversion de la lumière vers des fréquences plus élevées, ouvrant ainsi l'accès à des parties du spectre électromagnétique autrement inaccessibles. Le graphène est depuis longtemps un candidat prometteur, mais en raison de sa symétrie parfaite, il ne produit que des harmoniques impaires.

Dans cette étude, publiée dans Light: Science & Applications, une équipe dirigée par la professeure Miriam Serena Vitiello a utilisé des isolants topologiques (IT), des matériaux conducteurs d'électricité en surface et isolants en leur cœur. Ces matériaux possèdent des propriétés quantiques uniques dues à un fort couplage spin-orbite et à la symétrie d'inversion temporelle.

Les chercheurs ont utilisé des nanostructures à résonateur à anneau fendu (SRR) qu'ils ont combinées avec de fines couches de Bi₂Se₃ et des hétérostructures (InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃. À l'aide d'un laser à cascade quantique THz de 2,5 W, ils ont obtenu une amplification de la lumière et observé la génération d'harmoniques d'ordre élevé (HHG) à 6,4 THz (nombre pair) et 9,7 THz (nombre impair).

Ces résultats confirment les prédictions théoriques et permettent le développement de sources lumineuses THz compactes, de capteurs et de composants optoélectroniques ultrarapides. Ces progrès démontrent le formidable potentiel des matériaux quantiques pour les technologies futures, notamment les communications, l'imagerie médicale et, bien sûr, l'informatique quantique.