Un nouveau tour pour manipuler la lumière

Le spin est l'une des propriétés les plus importantes et spécifiquement quantiques des particules élémentaires. Ce moment angulaire intrinsèque n'a pas de rapport avec quelque chose de mobile, et il est quantifié (il ne peut prendre que certaines valeurs). Dans le cas des photons, il peut être polarisé, c'est-à-dire aligné dans une direction donnée.

Les propriétés quantiques du photon (le quantum de lumière) ouvrent la voie à de nouveaux dispositifs étonnants qui relevaient jusqu'ici de la science-fiction. La spin-optronique est un nouveau domaine important qui étudie la polarisation optique et du spin dans les solides, en vue de créer des dispositifs optoélectroniques quantiques. Dans le cadre du projet SPIN-OPTRONICS («Spin effects for quantum optoelectronics»), financé par l'UE, dix grandes équipes européennes se sont associées pour préparer une nouvelle génération de scientifiques à ce domaine de recherche d'une importance stratégique.

Les partenaires de SPIN-OPTRONICS ont guidé et soutenu 18 chercheurs débutants ou expérimentés dans le cadre de recherches de pointe dans 4 domaines. Ces travaux se sont traduits par des résultats révolutionnaires dans tous ces domaines.

Le contrôle réversible de spins isolés est d'une grande importance pour la mise au point de dispositifs de spintronique. Les chercheurs ont surmonté les principales difficultés associées à ce contrôle dans des points quantiques, et effectué sa démonstration dans différents systèmes.

Les scientifiques ont aussi mis au point des diodes semi-conducteurs émettant des photons intriqués (ELED). Cette intrication signifie que l'état quantique d'une particule de la paire dépend de celui de l'autre. Les ELED ont servi à conduire des expériences révolutionnaires en matière de traitement des informations quantiques et de communications sécurisées (distribution de clé quantique).

L'équipe a aussi examiné les interactions de spin et les effets magnétiques, conduisant à la fabrication d'une nouvelle catégorie de structures mixtes spin-optronique. Le projet ne pouvait s'achever sans réaliser des dispositifs réellement fonctionnels. Les scientifiques ont donc fabriqué plusieurs circuits basés sur des polaritons (diodes à effet tunnel, interféromètres, commutateurs) exploitant de nouvelles particules mixtes constituées de photons fortement couplés à un dipôle électrique. Le projet a aussi démontré que la circulation des polaritons peut faciliter la propagation à une vitesse proche de celle de la lumière de courants de spin superfluides et d'analogues de charges magnétiques, très intéressants pour le transfert et le traitement ultra rapides de l'information.

Le réseau de formation SPIN-OPTRONICS a repoussé les limites d'un nouveau domaine, doté d'un vaste potentiel commercial. L'établissement d'une position dominante avec un groupe de chercheurs européens ouvrira la voie à d'importants avantages pour l'UE et son économie, dans le contexte actuel de sévère crise économique.