Alberto AMO, porteur de l’ERC Consolidator “Emergent topology in photon fluids”.

Le chercheur du PhLAM est lauréat d’une bourse ERC Consolidateur 2019 dédiée à l’étude de nouvelles phases topologiques de la lumière.

La topologie décrit les propriétés d’un système qui restent inchangées sous déformations. Un exemple en est le nombre de trous d’une surface fermée. De ce fait, un anneau peut être déformé continûment pour devenir une tasse sans que le nombre de trous ne varie : les surfaces des deux objets sont caractérisées par le même invariant topologique (le nombre de trous).

Ces concepts en apparence très abstraits, peuvent être étendus aux bandes électroniques des solides, qu’on peut caractériser par un invariant topologique. L’une des conséquences le plus intéressante est qu’à la frontière entre deux solides de topologie différente apparaissent des états d’interface. On a pu ainsi expliquer l’effet Hall quantique et ses états de bord topologiques, et de prédire l’existence des matériaux dites isolant topologiques, découverts en 2007.

Ces idées ont été ramenées récemment au domaine de l’optique : on peut fabriquer des cristaux photoniques et des réseaux de résonateurs optiques dont les bandes photoniques sont bien décrites par des invariants topologiques. L’intérêt c’est de profiter des états d’interface pour réaliser des circuits photoniques à l’échelle micrométrique et particulièrement résistants au désordre. 

Le projet emergenTopo vise à aller un pas plus loin en mettant en évidence de nouvelles phases topologiques en photonique. L’une des voies pour y parvenir consiste à développer des phases topologiques non linéaires. L’idée est de profiter des non linéarités optiques présentes sur certains matériaux pour créer des réseaux de résonateurs photoniques dont les invariants topologiques dépendent du nombre de photons piégés en leur sein : on peut changer leur topologie en variant l’intensité lumineuse avec laquelle on les éclaire. Une deuxième voie développée dans le cadre du projet consiste à induire de nouvelles phases topologiques à partir de la modulation temporelle du système de résonateurs. 

Le projet sera réalisé en collaboration étroite avec l’équipe de Jacqueline BLOCH au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies et de Stéphane RANDOUX et Pierre SURET au PhLAM. Outre l’intérêt fondamental dans le domaine des phases topologiques des matériaux, les résultats attendus ouvriraient la voie à la conception de puces photoniques dont le transport de lumière pourrait être manipulé à grande vitesse.