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Contrôler la poussée optique sur une goutte de cristal liquide avec la polarisation de la lumière

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Publié le jeudi 26 septembre 2013 17:06

Des physiciens ont montré expérimentalement que la force exercée par un faisceau laser sur une goutte de cristal liquide chirale, c’est-à-dire différente de son image dans un miroir, dépend de l’état de polarisation de la lumière qui l’éclaire.

La pression de radiation, c’est-à-dire la force exercée par la lumière sur les objets qu’elle éclaire, est une force utilisée aujourd’hui couramment dans les laboratoires pour manipuler sans contact des objets inertes ou vivants de taille micrométrique. Des physiciens du Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine - LOMA (CNRS / Univ. Bordeaux 1) viennent de montrer expérimentalement qu’une polarisation circulaire droite exerce sur une gouttelette de cristal liquide chiral une pression de radiation différente de celle d’une polarisation circulaire gauche. Ces travaux ouvrent la voie au développement de nouvelles techniques optofluidiques pour trier sélectivement, à l’aide de la lumière, des particules chirales, comme le sont par exemple un certain nombre de molécules biologiquement actives. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters .

Les cristaux liquides de type cholestérique, sont des milieux anisotropes présentant un arrangement spatial hélicoïdal. Tout comme les tire-bouchons ou les pas de vis, ces milieux ne sont pas superposables à leur image dans un miroir. Dans ces milieux, la propagation de lumière polarisée circulairement dépend de son hélicité, c’est-à-dire du sens de rotation du champ électrique local. Pour le système choisi par les chercheurs, des gouttes de cristal liquide cholestérique immergées dans une solution eau/glycérol, cette différence est radicale : selon l’état de polarisation circulaire droit ou gauche de la lumière, ces gouttes se comportent tantôt comme un miroir, tantôt comme une sphère transparente. La force exercée dans la situation « miroir » lorsqu’une grande partie de la lumière est renvoyée par la surface est alors bien plus importante que dans la situation « transparente » pour laquelle, comme dans le cas d’une vitre, seule une petite partie de la lumière est renvoyée par la surface, le reste étant seulement dévié. Les physiciens ont soumis ces gouttelettes, de quelques dizaines de micromètres de diamètre, à une lumière laser et ont observé une vitesse de dérive trois fois plus grande pour une polarisation circulaire que pour l’autre. Ces mesures ont été confirmées dans une large gamme de conditions expérimentales. En employant deux faisceaux contra-propageants, les chercheurs ont complètement contrôlé la vitesse de déplacement d’une goutte : la goutte est immobile ou se déplace dans une direction ou l’autre par simple changement de l’état de polarisation circulaire d’un des deux faisceaux.

Source : Institut de physique du CNRS