Un physicien qui a trouvé un moyen de piéger la lumière remporte un prix scientifique d’un million de dollars

La médaille est décernée chaque année pour « l’excellence soutenue » et « l’influence globale » de la recherche menée au Canada.

“Grâce à ses découvertes, il est peut-être possible de traiter l’information de manière optique plutôt qu’électronique, permettant une technologie de calcul intensif plus stable et évolutive que les ordinateurs quantiques”, a déclaré un communiqué du CRSNG.

La technique est maintenant utilisée pour les chirurgies au laser non invasives et le développement d’un « revêtement » mince de cellules solaires pour les bâtiments, les voitures et même les vêtements.

John, professeur et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en sciences optiques à l’Université de Toronto, a déclaré que l’appel téléphonique du président du CRSNG, Alejandro Adem, l’informant qu’il avait gagné, l’avait pris par surprise.

Bien qu’il ait reçu plus d’une douzaine d’autres prix, dont une nomination à titre d’officier de l’Ordre du Canada, un prix Killam du Conseil des Arts du Canada pour les sciences naturelles et un Lauréat de la Citation célébrant les scientifiques « de classe Nobel », John a déclaré que celui-ci est “spécial, en ce sens qu’il vient de mon pays d’origine et c’est un véritable coup de pouce en termes de recherche future”.

La médaille Herzberg s’accompagne d’un financement de recherche pouvant atteindre 1 million de dollars sur cinq ans. C’était l’un des 26 prix annoncés par l’agence mercredi. Tous les prix sont décernés sur la base de nominations par des pairs et des collègues.

Comment il a découvert comment piéger la lumière

John, 64 ans, est né en Inde, mais a grandi principalement à Ottawa, où son père, également physicien, a fait un stage postdoctoral, et à London, en Ontario.

Il est allé aux États-Unis pour l’université et a terminé son doctorat à l’Université Harvard à une époque où il y avait beaucoup d’intérêt pour le piégeage et la manipulation des électrons dans les semi-conducteurs, qui reposent sur leur capacité à se comporter à la fois comme des particules et des ondes.

« Mon superviseur a suggéré : « Pourquoi ne faites-vous pas quelque chose de différent de ce que tout le monde fait ? » », se souvient-il. “Et j’ai donc commencé à penser à d’autres types de vagues.”

Au début, il a essayé de déterminer s’il était possible de piéger les ondes sonores ; puis il s’est rendu compte que faire la même chose avec la lumière serait un gros problème, “parce que la lumière est, vous savez, partout.”

Une différence clé entre les électrons et la lumière est que la lumière a une longueur d’onde beaucoup plus longue. Cela signifie que les structures pour les contrôler devaient être des milliers de fois plus grandes que celles utilisées pour contrôler les électrons dans un semi-conducteur, a déclaré John.

« Donc, l’astuce consistait à concevoir quelque chose comme ça. »

John était un physicien théoricien, cependant. Ainsi, une fois sa conception terminée, le deuxième défi consistait à réunir des experts en science des matériaux et en physique des semi-conducteurs pour la réaliser.

Le résultat fut l’invention de « matériaux à bande interdite photonique » ou « cristaux photoniques ».

Utiliser la lumière piégée pour la guérison, le changement climatique

Une application de ces matériaux a été la chirurgie au laser, utilisée pour des procédures telles que la destruction de tumeurs. Traditionnellement, les chirurgiens devaient ouvrir un patient afin de faire briller un laser au bon endroit. Alors que la lumière ordinaire peut être transmise à travers un câble à fibre optique, ne nécessitant qu’une petite incision, les lasers peuvent toujours endommager le câble solide.

Avec des matériaux à bande interdite photonique, la lumière pourrait être guidée à travers un câble à âme creuse. Cela lui a permis d’être utilisé dans des chirurgies sur des patients qui ne pouvaient pas supporter le traumatisme requis pour les chirurgies au laser traditionnelles.

Cependant, la recherche actuelle de John porte sur quelque chose de tout à fait différent et pourrait potentiellement aider à relever l’un des plus grands défis de notre époque : le changement climatique.

“Le domaine qui me passionne le plus en ce moment est d’utiliser le concept de piégeage de la lumière pour piéger la lumière du soleil”, a-t-il déclaré.

Son objectif est de créer des cellules solaires minces, légères, flexibles et à haut rendement en utilisant des cristaux photoniques pour piéger la lumière. John envisage que de tels matériaux soient appliqués aux bâtiments, aux véhicules – et peut-être même aux vêtements, car ils sont si légers. “Cela pourrait donc rendre la récupération d’énergie beaucoup plus omniprésente”, a-t-il déclaré.

Il collabore avec d’autres chercheurs du monde entier pour tester l’efficacité des premières conceptions.

« La médaille d’or Herzberg Canada sera très utile pour attirer d’autres jeunes scientifiques en herbe à travailler dans mon équipe et à faire partie de cet effort », a déclaré John. “Donc, une grande partie sera utilisée, vous savez, pour faire venir de bons doctorants, post-doctorants, scientifiques invités – des personnes qui peuvent travailler sur le projet.”