fr.wedoany.com Rapport : L'équipe de Peng Chao de l'École d'électronique de l'Université de Pékin, en collaboration avec l'Université d'ingénierie de Harbin et l'Université ITMO de Russie, a publié un article de recherche intitulé « Optical multistability in a compact microcavity enabled by near-exceptional coupling » dans Nature Nanotechnology. En concevant des modes de résonance à facteur de qualité ultra-élevé quasi dégénérés pour réaliser un couplage non hermitien proche du point exceptionnel, ils ont obtenu avec succès une tristabilité optique à faible seuil sur une puce en silicium de seulement 20 micromètres de diamètre, fournissant ainsi une nouvelle unité de base pour le stockage optique multivalué et les réseaux neuronaux optiques.
La multistabilité, qui désigne l'existence de plusieurs états stables d'un système dans les mêmes conditions externes, est l'une des caractéristiques fondamentales des systèmes non linéaires complexes et un élément clé pour réaliser le stockage optique multivalué. Cependant, les effets optiques non linéaires étant faibles, la réalisation de la multistabilité optique à l'échelle micro/nano a longtemps été un défi. Partant de la symétrie des microcavités à cristaux photoniques, l'équipe de recherche a construit des modes dégénérés en utilisant le repliement de la zone de Brillouin et a introduit un couplage non hermitien via un canal de rayonnement partagé par perturbation structurelle. Lorsque le système s'approche du point exceptionnel, les deux modes propres se couplent et s'hybrident, produisant des modes hybrides de longueurs d'onde et de largeurs de raie presque égales. Cet état, appelé « couplage proche du point exceptionnel (NEC) », permet à la microcavité d'échanger efficacement de l'énergie avec le canal de rayonnement et de maintenir une interaction intermodale stable, jetant ainsi les bases de la génération de la multistabilité optique.
Dans l'expérience, l'équipe a réalisé un mode de résonance avec un facteur de qualité allant jusqu'à 10⁶ dans une microcavité à cristal photonique en silicium de seulement 20 micromètres de diamètre. Grâce au facteur Q extrêmement élevé et à l'amplification du champ intracavité à deux modes apportée par le mécanisme NEC, le système a présenté des caractéristiques de tristabilité basées sur la non-linéarité thermo-optique. Les courbes d'hystérésis observées expérimentalement montrent qu'à une puissance d'entrée extrêmement faible de seulement 240 μW, le système peut commuter entre trois états stables.
Sur la base de cette découverte, l'équipe de recherche a démontré un dispositif prototype de mémoire optique multivaluée. En modulant la puissance ou la longueur d'onde de la lumière d'entrée, le système peut commuter rapidement et de manière fiable entre trois états d'intensité stables. Ce résultat valide la faisabilité de l'utilisation de la physique non hermitienne pour contrôler la non-linéarité optique et fournit également une nouvelle unité de construction de base pour le développement de réseaux neuronaux optiques évolutifs et reconfigurables ainsi que de processeurs de calcul neuromorphique. Cette étude révèle une stratégie universelle pour réaliser une multistabilité robuste dans des systèmes photoniques compacts en contrôlant le couplage radiatif des modes.
Les résultats correspondants ont été publiés le 16 juin 2026 dans Nature Nanotechnology. Le premier auteur de l'article est Liu Zhen, doctorant à l'École d'électronique de l'Université de Pékin. Les co-auteurs correspondants sont le Dr Wang Feifan et le professeur Peng Chao, de l'École d'électronique de l'Université de Pékin et du Laboratoire national clé de transmission photonique et de communication. Ce travail a bénéficié du soutien du Programme national clé de recherche et développement et de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
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