La lumière émise par une multitude de minuscules émetteurs — atomes ou « points quantiques » artificiels — se disperse généralement dans toutes les directions, comme une foule où chacun crie pour soi. Mais si on les fait « chanter en chœur », l'éclat devient bien plus intense. Cette émission coordonnée est appelée superradiance, et jusqu'à présent, elle nécessitait que les émetteurs soient presque collés les uns aux autres — à des distances inférieures à la longueur d'onde de la lumière.
La nouvelle idée utilise une structure plane — une métasurface en diélectrique transparent avec un motif découpé. Un mode lumineux particulier y apparaît : il ne s'échappe pas à l'extérieur, mais reste à l'intérieur tout en s'étendant sur de grandes distances. Ce mode — « état lié dans le continuum » (BIC) — agit comme une scène commune sur laquelle des émetteurs éloignés commencent à osciller en rythme. Même s'ils sont séparés de plusieurs longueurs d'onde, leur lumière se combine en une seule onde puissante.
Les scientifiques ont montré qu'un tel système peut atteindre la limite théorique de Dicke — la luminosité maximale possible pour une émission collective. Pour cela, il faut que les émetteurs interagissent suffisamment fortement avec le mode BIC (ce qui est caractérisé par le facteur bêta). Les calculs ont également confirmé que l'effet est robuste face aux imperfections réelles : de légères variations dans le positionnement des émetteurs ou des pertes dans le matériau.
Cette approche ouvre la voie à la création de sources de lumière brillantes, où de nombreux émetteurs faibles s'unissent en un seul puissant, sans qu'il soit nécessaire de les emballer trop densément. Cela pourrait être utile dans les lasers, les capteurs et les dispositifs quantiques.
La superradiance de Dicke doit son nom au physicien Robert Dicke, qui a prédit en 1954 qu'un groupe d'atomes peut émettre de la lumière bien plus intensément que chaque atome individuellement, s'ils agissent de manière coordonnée.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Lumière des jours lointains », l'idée d'observation collective à travers des « trous de ver » est utilisée, mais le principe d'amplification coordonnée du signal provenant de nombreuses sources fait écho à la superradiance.