Dans une nouvelle étude récemment publiée dans la revue Science Advances, des chercheurs présentent un dispositif microscopique en or qui piège la lumière. Pour leur processus d’assemblage, ils se sont servis de deux forces/phénomènes naturels agissant au niveau quantique : la force électrostatique et l’effet Casimir.
L’effet Casimir est un phénomène qui se manifeste lorsque deux plaques neutres (c’est-à-dire non chargées électriquement) sont placées très près l’une de l’autre dans un vide quasi parfait. Hendrik Casimir, qui l’a découvert en 1948, explique que ces surfaces s’attirent en raison de fluctuations des champs quantiques présents dans le vide qui les sépare. Ce « vide » contient, en effet, des fluctuations temporaires où des particules et des antiparticules apparaissent et disparaissent rapidement, générant ainsi des forces affectant les objets physiques. Il est à noter que la force d’attraction dans l’effet Casimir est très faible, uniquement perceptible à des échelles microscopiques.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques de l’Université de technologie Chalmers en Suède ont trouvé un moyen d’exploiter ce phénomène. Ils se sont servis de l’effet Casimir pour assembler automatiquement une structure microscopique. Ainsi, ils n’ont pas eu besoin de manipuler physiquement les composants du dispositif lors de certaines étapes de l’assemblage.
Une cavité pour piéger la lumière
Betül Küçüköz, directeur de l’étude, et ses collègues, ont créé une sorte de petite cavité en or pour piéger la lumière. Ce dispositif est constitué de deux minuscules plaques triangulaires en or placées en parallèle, entre lesquelles la lumière rebondit sans pouvoir s’échapper facilement. Ce confinement de la lumière peut être utilisé pour renforcer certaines propriétés optiques ou pour maintenir la lumière concentrée dans un petit espace.
Pour produire le dispositif, les chercheurs ont utilisé une première plaque d’or d’une taille comprise entre 4 et 10 microns. Celle-ci sert de paroi inférieure pour la cavité. Elle est ensuite fixée à un morceau de verre. La seconde paroi n’est quant à elle pas fixée manuellement, mais par l’effet Casimir et la force électrostatique.
Effet Casimir et force électrostatique
Afin de mettre en place l’autre paroi triangulaire de la cavité, les chercheurs ont plongé la première plaque imprimée sur le verre dans de l’eau salée dans laquelle baignaient d’autres plaques en or. Les charges électriques de la solution ont créé des forces électrostatiques qui pouvaient influencer et manipuler les positions des plaques libres. Le déplacement de ces éléments était également provoqué par l’effet Casimir, que les scientifiques affirment avoir constaté au microscope.
Les deux forces — celle due à l’effet Casimir et la force électrostatique — ont finalement ajusté une plaque libre avant de s’aligner parallèlement au-dessus de la première, fixée sur le verre. Il se pourrait cependant que d’autres forces non définies soient intervenues dans l’assemblage du dispositif, d’après les scientifiques.
Küçüköz et son équipe affirment que cette méthode pourrait permettre de varier légèrement la taille de la cavité. La distance entre les deux parois peut être comprise entre 100 et 200 nanomètres. Pour créer les variations, il suffirait de modifier la concentration saline de la solution afin de changer l’intensité de la force électrostatique. Selon les chercheurs, il serait également possible de placer des objets entre les deux plaques parallèles, mais une telle réalisation nécessiterait d’autres recherches, que l’équipe compte désormais mener.