La lumière cohérente révèle un comportement universel, une étude publiée sur le magazine Nature dont Alberto AMO est co-auteur.

L’universalité est un concept puissant en physique statistique qui permet de comprendre les phénomènes critiques et de les décrire efficacement sur la base de quelques ingrédients fondamentaux. Ainsi, des systèmes aussi différents qu’une surface cristalline, le givre sur une fenêtre ou la ligne d’horizon d’une ville moderne soumise à des contraintes de construction, peuvent être tous décrits de façon simplifiée comme une interface de hauteur h(r,t) dont la dynamique est régie par une même équation stochastique non-linéaire appelée équation Kardar-Parisi-Zhang (KPZ), d’après les 3 physiciens qui l’ont introduite pour la première fois en 1986 [1]. Cette équation très simple est d’une richesse extraordinaire. Elle prédit le développement de corrélations spatio-temporelles dans la hauteur de l’interface : la hauteur observée à un instant t et à une position x dépend de ce qui a été observé plus tôt, à t=0 et en x=0. Ainsi des structures auto-similaires se développent en temps et en espace avec des exposants critiques universels qui ne dépendent que de la dimensionnalité de l’interface. Ce sont ces structures qui font la beauté du givre.

 Une équipe internationale de chercheuses et chercheurs vient de démontrer expérimentalement que la classe d’universalité KPZ s’invite également dans des systèmes photoniques, un effet prédit théoriquement en 2015 [2].
Cette universalité se manifeste dans les corrélations spatiotemporelles de phase d’un laser de polaritons créé dans un réseau unidimensionnel de micropiliers. La phase de la lumière émise à différents points du réseau joue le rôle de la hauteur de l’interface dans la physique KPZ.

Les efforts expérimentaux et théoriques de ce travail ont été menés par les équipes de Jacqueline Bloch au Centre de Nanosciences et Nanotechnologies, et d’Anna Minguzzi et Léonie Canet au Laboratoire de Physique et Modélisation des Milieux Condensés (LPMMC) à Grenoble, avec des contributions d’Alberto Amo du laboratoire PhLAM.

Références
Kardar–Parisi–Zhang universality in a one-dimensional polariton condensate
Fontaine, Q., Squizzato, D., Baboux, F. et al.
Nature 608, 687–691 (2022)
News and Views : A new phase for the universal growth of interfaces
DOI : doi.org/10.1038/s41586-022-05001-8

[1] Kardar, M., Parisi, G. & Zhang, Y.-C., Dynamic scaling of growing interfaces, Physical Review Letters 56, 889 (1986).
[2] Altman, E., Sieberer, L. M., Chen, L., Diehl, S. & Toner, J., Two-dimensional superfluidity of exciton polaritons requires strong anisotropy, Physical Review X 5, 011017 (2015).

Figure (disponible dans les "Ressources liées" ci-dessous) :
a. Mesure expérimentale de la distribution d’intensité lumineuse émise par le condensat (vignette du haut). La vignette du bas montre une image en microscopie électronique à balayage d’un réseau 1D de microcavités à polaritons.
b. Calcul numérique de la phase d’un condensat 1D de polaritons à différents instants. L’évolution temporelle de la phase est analogue à la croissance d’une interface.
c. Dans un système de coordonnées redimensionnées bien choisi, les points mesurés expérimentalement et calculés numériquement pour la cohérence du condensat (disques de couleur orangée) s’alignent parfaitement sur la courbe universelle de KPZ (courbe noire).