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Comment faire tourner un cercle de cuivre avec des micro-ondes "twistées"

Des chercheurs de l’Université de Rennes 1 (IETR, Laboratoire de Physique des Lasers et IPR), en collaboration avec un chercheur suédois, ont pour la première fois réussi à faire tourner un anneau métallique à l’aide du moment angulaire orbital transporté par des photons radio-fréquence. Résultats parus dans Physical Review Letters.

Découverte :

Des chercheurs de l’IETR, du Laboratoire de Physique des Lasers et de l’IPR, en collaboration avec une équipe suédoise de l’Université d’Uppsala, ont réussi à transférer un moment angulaire d’une onde à un objet macroscopique (de taille centimétrique).

Ils ont utilisé le moment angulaire orbital d’une onde électromagnétique généré par une antenne tourniquet fonctionnant à 1 GHz pour faire tourner un anneau de cuivre suspendu à un fil dans une chambre anéchoïde.

Ils ont observé des rotations de quelques fractions de degrés par seconde, qui dépendent de la puissance rayonnée par l’antenne. Ces travaux seront publiés demain dans la prestigieuse Physical Review Letters.

Contexte :

Dans les années 1990, on a découvert un nouveau type d’ondes électromagnétiques, solutions de l’équation de propagation, appelées ondes « twistées » (traduction littérale "tordues"). Alors que pour une onde plane, les plans perpendiculaires à la direction de propagation sont des plans équiphases, les ondes twistées ont une phase qui tourne autour de la direction de propagation, créant ainsi un vortex au centre du faisceau. De tels faisceaux transportent également du moment angulaire orbital. Ils sont utilisés en optique pour manipuler et faire tourner des microparticules, des macromolécules, ou des condensats de Bose-Einstein. Ces faisceaux pourraient également permettre d’offrir une nouvelle diversité en télécommunications radio et en radar.

Première scientifique :


C’est la première fois que l’on arrive à transmettre des couples aussi importants en utilisant le moment angulaire orbital de photons radiofréquence, au point de mettre en mouvement un objet macroscopique, dont la taille est ici de l’ordre du centimètre. Cette technique pourrait être utilisée pour imprimer des couples précis sur certains objets, pour caractériser des faisceaux twistés en radiofréquence, ou peut être même en astrophysique

Perspectives :

Les chercheurs vont maintenant pouvoir étudier en détail la propagation en espace libre et la diffraction des faisceaux twistés, notamment pour des objets en rotation ou ayant des symétries de rotation. Dans un premier temps, il est possible de proposer l’utilisation de ces faisceaux pour des communications radio en conditions réelles, avec des reliefs accidentés. On peut également prévoir des applications dans le domaine de l’identification de cibles en radar ou pour les radars de poursuite.

Référence :

Olivier Emile, Christian Brousseau, Janine Emile, Ronan Niemiec, Kouroch Madhjoubi, and Bo Thide
"Electromagnetically Induced Torque on a Large Ring in the Microwave Range", Physical Review Letters 112 053902 (2014).

Article paru dans Le Monde du 3 février (accès partiel gratuit)






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