Une étude, dont les résultats intitulés «Anderson Photon-Phonon Colocalization in Certain Random Superlattices» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf,  a abouti à proposer une approche nouvelle pour piéger des ondes lumineuses et acoustiques au même endroit en utilisant un empilement approximativement périodique de deux matériaux. Il apparaît ainsi que non seulement la lumière et le son peuvent être piégés au même endroit à l'échelle nanométrique, mais également que leur interaction est renforcée.

Relevons tout d'abord que les ondes lumineuses se propagent dans les matériaux et que, «si ceux-ci comportent une périodicité dans leur structure de longueur comparable à la longueur d'onde de la lumière», leur propagation «peut être contrôlée». De plus, l'existence d'un désordre peut «conduire à la localisation des ondes: c'est la localisation dite d'Anderson» (*). Il en est de même pour les ondes acoustiques «qui mettent en œuvre le mouvement des atomes et qui sont une généralisation des ondes sonores jusqu'à des fréquences micro-ondes».

Dans l'étude ici présentée, «une structure périodique composée d'un empilement de couches nanométriques de GaAs et d'AlAs possédant un certain degré de désordre» qui permet «la co-localisation de ces deux types d'ondes», a été trouvée. Bien que «cette co-localisation était déjà réalisée au sein de cavités nanométriques, cette nouvelle approche permettra de s'affranchir de certaines difficultés de réalisation des nanostructures et d'exploiter plus facilement les atouts de l'interaction entre son et lumière».

Plus précisément, «la propagation des ondes dans une structure semi-conductrice nanométrique composée d'une succession de couches de GaAs (arséniure de gallium, d'épaisseur environ 62 nm) et d'AlAs (arséniure d'aluminium, d'épaisseur environ 73 nm)», a été modélisée «en introduisant une variation aléatoire de ces épaisseurs de telle sorte que l'épaisseur totale du motif soit constante».

Concrètement, «la propagation des ondes dans cette structure est déterminée par leur réflexion et leur transmission aux interfaces entre les couches et dépend ainsi essentiellement du contraste des vitesses de propagation des ondes dans GaAs et AlAs, c'est-à-dire des rapports entre les deux indices pour la lumière et entre les deux impédances pour le son».

Si ces rapports sont égaux, «des conditions identiques de propagation et donc de localisation seront obtenues»: les modélisations effectuées dans ce travail montrent qu'il y a «une co-localisation quasi-parfaite de lumière visible rouge de longueur d'onde 870 nm et d'hyper-son de fréquence 18 GHz» avec «des rapports tous les deux proches de 1.19 pour les deux matériaux choisis.

En fin de compte, ce travail, qui montre «que le désordre peut être exploité pour co-localiser de la lumière visible et du son à très haute fréquence dans des nanostructures» préparées «par évaporation des matériaux et dépôt des couches successives, une fabrication 'bottom-up' autorisant un très bon contrôle du matériau», ouvre «des perspectives nouvelles, par exemple dans l'étude des systèmes optomécaniques, la réalisation de modulateurs optiques ultra-rapides et le couplage entre boîtes quantiques».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Localisation d'Anderson