La lumière, d'ordinaire, a tendance à se disperser dans toutes les directions, comme les éclaboussures d'une pierre jetée dans l'eau. Mais on peut la capturer dans une cage invisible où elle tourne sur place, presque sans perdre d'énergie. C'est une telle cage qu'ont construite des physiciens en utilisant le matériau magnétique CrSBr, un cristal en couches que l'on peut cliver en feuillets de quelques atomes d'épaisseur.
Sur ce feuillet, ils ont gravé un motif de minuscules reliefs, obtenant ainsi une métasurface. Elle agit comme un labyrinthe pour les ondes lumineuses : certaines oscillations de la lumière se retrouvent piégées et ne peuvent plus s'échapper. Ces états sont appelés « liés dans le continuum » : la lumière reste à l'intérieur de la structure, alors que l'espace autour est libre. Dans les matériaux ordinaires, c'est rare, mais ici le piège s'est avéré particulièrement robuste : le facteur de qualité (une mesure de la durée pendant laquelle la lumière est retenue) a dépassé 1500.
La grande surprise : le piège fonctionne pour une large gamme d'angles d'incidence de la lumière. Habituellement, ces états n'existent que pour un angle bien précis, mais ici, on a une « bande plate » : la lumière reste piégée même si on l'envoie sous des inclinaisons variées. Cela rappelle une piscine à fond plat : où que vous sautiez, la profondeur est la même.
Lorsque les scientifiques ont ensuite changé la polarisation de la lumière (la direction d'oscillation de l'onde), le piège a disparu, mais quelque chose d'autre est apparu : des polaritons hyperboliques de surface. La lumière a commencé à se propager le long de la surface d'une manière particulière, comme une ride qui court sur l'eau dans une seule direction. Cela ouvre la voie à un contrôle de la lumière à l'échelle nanométrique, par exemple pour créer des puces optiques ultra-compactes.
Ainsi, un mince film magnétique est devenu une arène où l'on peut capturer, retenir et diriger la lumière à volonté. Peut-être que de tels matériaux formeront la base des futurs ordinateurs quantiques, où l'information sera transmise non pas par des électrons, mais par des particules de lumière.
Le CrSBr est un aimant en couches : on peut le cliver en films d'un atome d'épaisseur avec du ruban adhésif ordinaire, comme le graphite pour le graphène.
Dans la série « The Expanse », la protomolécule extraterrestre crée des structures qui manipulent la lumière à l'échelle nanométrique — un peu comme les métasurfaces décrites ici, mais avec une complexité fantastique.