Publié le 18 octobre 2025 à 12h33. Des chercheurs ont franchi une barrière physique de longue date en matière de manipulation de la lumière, ouvrant la voie à des avancées considérables dans les domaines de l’optique et de la nanotechnologie.
- Une nouvelle étude démontre qu’il est possible de dépasser la limite de diffraction, qui empêchait jusqu’à présent de confiner la lumière à des échelles nanométriques.
- La clé de cette avancée réside dans une nouvelle classe d’ondes lumineuses aux caractéristiques uniques, baptisées « fonctions d’onde du narval » en raison de leur profil particulier.
- Cette découverte permet de créer un microscope optique avec une résolution mille fois inférieure à la longueur d’onde de la lumière, ouvrant des perspectives inédites pour l’imagerie à l’échelle atomique.
En optique, la limite de diffraction constitue un obstacle majeur à la miniaturisation des dispositifs. Ce principe, découlant du comportement ondulatoire de la lumière et des lois de la mécanique quantique, notamment le principe d’incertitude de Heisenberg, impose une limite à la finesse avec laquelle la lumière peut être focalisée. Dans le spectre visible, cette limite se situe autour de quelques centaines de nanomètres, ce qui freine le développement de technologies optiques aussi performantes que leurs équivalents électroniques.
Jusqu’à présent, la solution la plus courante pour contourner cette limite consistait à utiliser des plasmons, des oscillations collectives d’électrons à la surface des métaux. Bien que capables de concentrer la lumière à de très petites échelles, ces plasmons entraînent des pertes d’énergie importantes sous forme de chaleur, limitant leur efficacité et leur applicabilité.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Pékin a récemment publié une étude dans la revue eLight présentant une approche novatrice. Leur travail s’appuie sur un nouveau cadre théorique, l’« équation de dispersion singulière », qui décrit comment la lumière peut être compressée sans perte dans des matériaux diélectriques – c’est-à-dire des matériaux non conducteurs, sans métaux.
Cette équation permet à la lumière de prendre une forme inédite : une onde au noyau intensément concentré et à la chute rapide vers l’extérieur. Son profil rappelle celui d’un narval, le cétacé arctique, d’où le nom de « fonctions d’onde du narval » donné à ces nouvelles ondes. Les chercheurs ont réussi à fabriquer une cavité capable de générer ces modes, ouvrant la voie à des applications concrètes.
L’une de ces applications est la microscopie à champ unique, une technique qui utilise les modes narval comme source de lumière hautement localisée et sans arrière-plan. Cette méthode permet d’atteindre une résolution spatiale de l/1000, soit une échelle bien inférieure à la longueur d’onde de la lumière utilisée. L’équipe a démontré cette capacité en créant de minuscules motifs sur des feuilles de PET (un plastique courant) avec des formes telles que « PKU » et « SFM », puis en les scannant avec leur microscope unique.
Les chercheurs ont baptisé cette nouvelle approche « singulonique », en référence à l’utilisation des singularités pour manipuler la lumière. Cette discipline ouvre un nouveau champ au sein de la nanophotonique et pourrait conduire à des avancées majeures dans de nombreux domaines, tels que les puces optiques ultra-compactes, les capteurs d’extrême précision et les communications quantiques sécurisées.
« L’équation de dispersion singulière dans les milieux diélectriques sans perte fournit un cadre rigoureux pour surmonter cet obstacle », affirment les auteurs de l’étude. Cette découverte pourrait bien marquer un tournant dans la façon dont nous contrôlons et utilisons la lumière.
