Un nouveau phénomène acoustique caractérisé par une diffraction non réciproque a été observé dans les ondes acoustiques de surface (SAW) en interaction avec des matériaux magnétiques. Cette découverte, faite par le biais d’une expérience sur un réseau périodique de matériaux magnétiques à l’échelle nanométrique, pourrait trouver des applications concrètes dans les technologies de communication. L’équipe japonaise à son origine souligne que ce type de diffraction asymétrique, jusqu’à présent observé uniquement dans le domaine de l’optique, pourrait être exploité dans les systèmes de communication, qu’ils soient classiques ou quantiques.
Une onde acoustique de surface désigne une onde sonore qui se propage le long de la surface d’un matériau élastique. Lors de leur passage, ces ondes provoquent un déplacement des particules du matériau, s’étendant jusqu’à une profondeur équivalente à environ une longueur d’onde. Leur influence décroît à mesure qu’elles s’enfoncent dans la matière. La technologie des ondes acoustiques de surface se distingue par sa grande polyvalence, offrant des applications variées grâce à sa précision, sa sensibilité et sa fiabilité.
Dans les dispositifs de communication modernes, cette technologie joue un rôle central. Dans les filtres de fréquence des téléphones portables par exemple, les ondes acoustiques de surface convertissent les signaux électriques en vibrations via l’effet piézoélectrique. Cette conversion, essentielle pour un traitement efficace des signaux, souligne l’importance de la compréhension des SAW pour les innovations technologiques futures.
C’est dans cette optique que des chercheurs de l’Institut de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku, en collaboration avec l’Agence japonaise de l’énergie atomique et le Centre RIKEN pour la science de la matière émergente, ont orienté leur étude. Leurs résultats ont révélé un mode de propagation inédit des ondes acoustiques, une découverte qui pourrait trouver des applications dans les technologies de communication classiques et quantiques.
Vers une nouvelle forme de propagation des ondes acoustiques
Pour réaliser cette découverte inattendue, l’équipe de recherche, dirigée par Yoichi Nii, a conçu un réseau périodique de matériaux magnétiques à l’échelle nanométrique en utilisant des techniques de nanofabrication de pointe. L’échelle nanométrique, comprise entre 1 et 100 nanomètres, est caractérisée par l’émergence de propriétés chimiques, physiques et biologiques uniques.
À cette échelle, les matériaux présentent certains phénomènes (dont quantiques) pouvant modifier leurs propriétés optiques, électriques et magnétiques. Ces particularités font des matériaux nanométriques des atouts précieux pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine de la science des matériaux et, plus en amont de l’industrie, de l’électronique.
Dans le cadre de l’expérience de l’étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, les ondes acoustiques de surface (SAW) traversaient le réseau magnétique structuré, qui agissait comme un dispositif modifiant les propriétés de propagation des ondes.
Les chercheurs ont alors constaté qu’au lieu de la diffraction symétrique attendue, un phénomène inédit a émergé : la « diffraction non-réciproque ». Ce modèle de diffraction asymétrique se distingue des schémas traditionnels par une approche inédite des interactions entre les ondes et la matière.
« Ce phénomène n’avait été observé auparavant qu’en optique », a expliqué Yoichi Nii dans un communiqué. « Nous sommes donc très heureux de confirmer qu’il s’étend au-delà de l’optique à d’autres phénomènes ondulatoires », a-t-il ajouté.
À travers une analyse théorique, l’équipe de recherche a démontré que le caractère non réciproque de la diffraction résulte de l’interaction entre les propriétés magnétiques des matériaux et les ondes acoustiques de surface.
Selon les chercheurs, cette découverte permettra à terme d’exploiter des champs magnétiques pour contrôler plus précisément le mouvement des ondes acoustiques de surface, une approche jusqu’alors inexplorée. L’exploration de ces nouvelles perspectives pourrait ainsi conduire à la conception de dispositifs technologiques acoustiques capables de dynamiser à la fois les systèmes de télécommunication classiques et le secteur en plein essor de la communication quantique.