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Le transport contre-intuitif induit par des guides d’onde ondulés publié dans Nature

La propagation des ondes (micro-ondes, acoustiques et optiques) joue un rôle important dans la physique moderne. Un aspect important concerne leur propagation dans les guides d’onde tels que les fibres optiques ou les câbles coaxiaux.

La propagation de l’onde dépend des paramètres du guide d’onde telles que la largeur ou les pertes intrinsèques. En contrôlant très précisément les paramètres du guide d’onde, un point exceptionnel peut apparaitre. Il correspond à la possibilité pour deux ondes (appelées modes dans le contexte des guides d’onde) de coalescer. Les deux modes ont alors la même fréquence propre caractéristique et la même "forme".

Ce comportement avait été prédit théoriquement. Les travaux publiés dans Nature apportent la première vérification expérimentale. L’approche repose sur l’étude des micro-ondes. Elles sont particulièrement adaptées pour étudier ce phénomène car leur longueur d’onde typique est centimétrique. Ainsi, les paramètres du guide d’onde métallique peuvent être contrôlés avec une très grande précision, très inférieure à la longueur d’onde.

Dans cet article, les auteurs étudient la propagation de deux modes dans des conditions encerclant le point exceptionnel. Pour mener à bien ces travaux, un guide d’onde a été spécialement fabriqué avec une forme ondulée et des pertes contrôlées :

Lorsque le point exceptionnel est encerclé, un phénomène particulier apparaît. Quel que soit le mode injecté d’un côté du guide (côté gauche par exemple), le mode en sortie (côté droit) est toujours le même (mode 1). De façon surprenante, quel que soit le mode injecté du côté droit, le mode en sortie est toujours le mode 2. Cet échange asymétrique entre les modes est le résultat de la dynamique de transport autour du point exceptionnel. Cet effet est illustré par la figure ci-dessous.

Ces travaux ouvre la porte à l’étude expérimentale des points exceptionnels. Du point de vue applicatif, ces résultats permettront de concevoir des nouveaux composants aussi bien pour les micro-ondes que les ondes acoustiques et optiques.

Cet article a aussi fait l’objet d’une news dans Nature Physics.

"Dynamically encircling an exceptional point for asymmetric mode switching", Jörg Doppler, Alexei A. Mailybaev, Julian Böhm, Ulrich Kuhl, Adrian Girschik, Florian Libisch, Thomas J. Milburn, Peter Rabl, Nimrod Moiseyev & Stefan Rotter Nature 537, 76–79 (01 September 2016) doi:10.1038/nature18605

Mots-clés

MOSAIQ, Physique Mésoscopique