La célèbre tuile einstein révèle des surprises en physique

La tuile "einstein" ou "chapeau", une curiosité mathématique ayant résolu une énigme vieille de plusieurs décennies sur le pavage de surfaces infinies sans motifs répétitifs, vient de réserver une surprise au monde de la physique. Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont découvert que des structures à l'échelle nanométrique basées sur cette tuile produisent une diffraction de la lumière chirale inédite, ouvrant une nouvelle frontière pour la technologie optique.

Du problème mathématique à la découverte photonique

Dans une étude publiée mercredi dans Nature Communications, une équipe dirigée par Yuto Moritake à l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a fabriqué des versions nanométriques du motif de la tuile sur des films de nitrure de silicium par lithographie par faisceau d'électrons. Lorsqu'ils ont dirigé un faisceau laser sur ces structures, des motifs de diffraction distinctifs en forme de moulinet sont apparus, présentant une "chiralité" claire qui diffère lorsqu'elle est vue dans un miroir.phys+2

La tuile, un polygone à 13 côtés découvert par le mathématicien amateur David Smith en 2023, a été la première forme prouvée capable de paver un plan infini sans jamais se répéter, résolvant le problème dit Einstein, un jeu de mots sur l'allemand "ein stein" signifiant "une pierre" et non une référence au physicien. Bien que ses propriétés mathématiques soient bien établies, ses comportements physiques restaient inexplorés.yahoo+1

Une chiralité inattendue

"Nous avons constaté que les motifs de diffraction eux-mêmes deviennent chiraux car la structure manque de symétrie miroir", a déclaré l'auteur principal Masaya Notomi. "Ce type de réponse optique est fondamentalement différent de celui observé dans les matériaux quasi-cristallins conventionnels".phys

La diffraction chirale était initialement inattendue, a confié Moritake à Scientific American, mais l'équipe a conclu qu'elle devait découler de l'asymétrie inhérente de la tuile. Leurs expériences ont également montré que le motif de diffraction change en fonction de la direction et de la polarisation de la lumière incidente, et que les structures en miroir produisent des inversions correspondantes dans le comportement optique.interestingengineering+2

Potentiel pour les technologies optiques

Les chercheurs affirment que ces résultats pourraient mener à de nouvelles façons de manipuler la polarisation de la lumière, une propriété centrale pour les télécommunications et la cryptographie quantique. "Les motifs de monotuiles offrent une plateforme pour explorer des phénomènes optiques émergeant de l'interaction entre symétrie, chiralité et apériodicité", a déclaré Moritake.yahoo+2

Ces travaux illustrent comment une découverte mathématique abstraite, née de la fascination d'un amateur pour les formes, peut débloquer de manière inattendue une nouvelle physique avec des applications pratiques dans les dispositifs photoniques et les systèmes de contrôle de la lumière.interestingengineering+2