Une étude, dont les résultats intitulés «Enhancing Magnetic Light Emission with All-Dielectric Optical Nanoantennas» ont été publiés dans la revue Nano Letters, a permis d'élaborer une nanostructure capable d’accroître le champ magnétique d’une onde lumineuse et ouvrant la possibilité d’observer l’interaction entre cette composante magnétique de la lumière et la matière.

Rappelons tout d'abord que «la lumière est constituée d’une partie électrique (un champ électrique) et d’une partie magnétique (un champ magnétique)». Jusqu’ici, cependant, «les scientifiques ont orienté leur recherche uniquement sur l’interaction entre la partie électrique de la lumière et la matière», qui a mené «à de nombreuses applications dans l’imagerie biologique, la cryptographie, le photo voltaïque, mais aussi les écrans, les sources de lumière».

En fait, si «accéder à l’autre moitié des interactions avec la partie magnétique de la lumière et la matière permettrait de développer des applications jusqu’ici hors de portée», ces interactions «sont très difficiles à observer en raison du très faible couplage entre la partie magnétique de la lumière et la matière»: concrètement, bien que les champs électriques et magnétiques portent la même quantité d’énergie, il est «communément accepté que le couplage entre le champ électrique optique et la matière est d’au moins quatre ordres de grandeur plus élevé que l’interaction avec le champ magnétique».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a permis de créer «des objets nanométriques, appelés nano-antennes, afin d’accroître le champ magnétique de la lumière et forcer ainsi ses interactions avec la matière»: en effet, «en jouant avec la dimension (environ 150 nanomètres) et la forme (cylindrique) de ces nanostructures», il a été montré «expérimentalement et théoriquement que ces nano-antennes permettaient d’augmenter la partie magnétique de la lumière grâce à un phénomène de résonance optique».

Il a été prouvé, en particulier, «qu’en plaçant la nanostructure à proximité d’une nanosource de lumière», on pouvait augmenter son émission magnétique, «les transitions dipolaires magnétiques se trouvant favorisées par rapport aux transitions dipolaires électriques».

De plus, «en contrôlant la position de la nano-antenne photonique par rapport à cet émetteur, grâce à l’utilisation d’un microscope champ proche optique», les distributions de densités d’états locales magnétiques et électriques à proximité ont pu être observées, révélant la façon dont la nano-antenne photonique «modifie l’environnement électrique et magnétique autour de la nanosource» et «donc la manière dont cette dernière peut effectivement émettre ses photons, selon un 'canal électrique' ou 'magnétique'».

En fin de compte, cette étude constitue une étape remarquable en nanophotonique et en physique, car elle ouvre «de nouvelles possibilités dans des thématiques de recherches aussi variées que l’opto-électronique, l’étude de molécules chirales (à la base de nombreux processus biologiques), l’optique non-linéaire, la spintronique, les métamatériaux ou les processus photochimiques».