La photonique mise à l’épreuve

Pierre Berini

« La détection rapide et économique de maladies est l’une des applications les plus intéressantes de cette technologie. »

– Pierre Berini

Pour la plupart des gens, l’optique évoque le verre et les lentilles servant à concentrer et à transmettre la lumière d’une façon ou d’une autre. Mais pour Pierre Berini, l’optique est plutôt associée au métal.

Ce professeur de l’École de science informatique et de génie électrique étudie le phénomène du déplacement de la lumière sur une surface métallique. Une vague extrêmement brève d’électrons, appelée plasmon de surface, transporte un paquet cohérent d’énergie le long de ce guide métallique. Lorsque le phénomène a été découvert il y a plus de 50 ans, la distance parcourue par un plasmon type était de l’ordre d’un millionième de mètre – ce qui est beaucoup trop court pour être pratique ou avoir une quelconque valeur expérimentale.

Dernièrement, le professeur Berini et ses collègues ont découvert un tout nouvel aspect des plasmons. En modifiant la forme géométrique de la surface métallique à l’échelle nanométrique, ils ont réussi à accélérer le déplacement des plasmons de plusieurs centimètres à la fois. Cette distance est suffisante pour permettre aux plasmons de transférer des données sur une puce d’ordinateur optique, ce que le professeur étudie activement en ce moment.

« Il s’agit essentiellement de petites antennes qui fonctionnent grâce à la lumière », explique-t-il, en décrivant une application qui aurait été inimaginable pour les premiers scientifiques qui ont découvert les plasmons, et qui l’était toujours au début de sa carrière en plasmonique il y a plus de 15 ans. Néanmoins, comme les chercheurs ont plus facilement accès à de puissants systèmes de lithographie qui utilisent des instruments comme des électrons ou des faisceaux ioniques focalisés, il a pu travailler à des échelles sans précédent.

« Ces technologies, qui nous permettent de fabriquer des "nano-trucs" à faible coût, ont vraiment fait progresser le domaine », poursuit-il.

Pierre Berini, qui est titulaire de la Chaire de recherche de l’Université en photonique des plasmons de surface, utilise cette technologie pour fabriquer des guides à plasmons exotiques en or, en argent ou en cuivre, qui pourraient servir de point de départ à une toute nouvelle catégorie de biosenseurs.

« Les champs optiques qui interagissent avec des structures métalliques développent des intensités de champ très élevées près de la surface métallique comme telle, fait-il observer. L’accumulation de petites biomolécules sur une telle surface transformera considérablement le champ optique de cette surface. »

Le résultat pourrait déboucher sur un appareil électronique de poche capable de mesurer les contaminants dans un cours d’eau ou les polluants dans l’air. Il donne un exemple pratique de cette approche, un détecteur plasmonique pouvant déceler en quelques minutes la présence d’une infection grave à la dengue dans un échantillon de sang.

« La détection rapide et économique de maladies est l’une des applications les plus intéressantes, estime Pierre Berini. Ce type de technologie remplace des techniciens de laboratoire qui doivent travailler plusieurs heures pour essayer d’obtenir un diagnostic semblable. »

Il s’enthousiasme à l’idée d’autres développements encore plus fascinants qui devraient émerger des laboratoires du Complexe de recherche avancée (CRA), qui accueillera le Centre de recherche en photonique (CRPuO) de l’Université. Ses recherches en plasmonique bénéficieront de ces laboratoires à la fine pointe, notamment d’installations communes de nanofabrication qu’aucun membre du CRPuO n’aurait pu se permettre à lui seul.

« C’est génial pour un chercheur parce que nous déménageons dans de meilleurs laboratoires », explique-t-il, en ajoutant qu’il a hâte de voir la synergie qui émergera sûrement du partage de ces espaces de travail. « Mais c’est surtout cela qui est fantastique. Les rencontres entre collègues en marchant vers la cafétéria, dans le corridor ou au laboratoire sont toutes propices à des échanges spontanés. Quelques minutes par-ci par-là peuvent faire avancer bien des projets. »

L’an dernier, Pierre Berini est devenu directeur du CRPuO, ce qui lui donne une perspective élargie – et beaucoup plus de responsabilités – par rapport au déplacement des divers groupes de recherche vers le CRA.

« J’aime bien être au cœur de l’action à cette étape-ci parce que tout est à bâtir, dit-il. Il y a beaucoup de planification à faire. Dès mon arrivée, je peux participer à l’élaboration de la vision de tout le projet. » 

 

par Tim Lougheed

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