pdf (French) - Institut Fresnel

36 2.4 Lien optique entre deux sphères
U/k b T
F x (pN)
10
5
0
−5
0.0
−0.5
−1.0
a)
b)
z x
A O
B
E 0
0 1 2
x (µm)
Fig. 2.2 : Les traits pleins correspondent à la polarisation suivant x, et les traits pointillés
à la polarisation perpendiculaire à x. (a) Potentiel de piégeage sur la sphère B normalisé
à kbT en fonction de la distance entre les deux sphères. La hauteur des barres représente
3kbT : si le puits de potentiel est supérieur à cette valeur alors le piégeage est considéré
comme stable. (b) Force suivant x exercée sur la sphère B.
Cadre de ce travail : L’étude des forces optiques s’exerçant sur
un objet en interaction avec un substrat a entièrement été réalisée
à Madrid avec M. Nieto-Vesperinas.
2.4 Lien optique entre deux sphères
Quand il y a plusieurs objets dans un même piège optique, il y a une interaction entre
ceux-ci. On peut se demander si le couplage électromagnétique entre ces particules ne
pourrait pas produire un nouvel état de la matière, c’est-à-dire, une disposition particulière
des objets étudiés qui serait ordonnée par ces interactions. En 1989, Burns et al. ont
montré expérimentalement que quand deux sphères étaient dans le point de focalisation
de deux lentilles cylindriques, la distance entre les deux sphères prenait des valeurs particulières.
23,24 Nous nous sommes penchés sur ce problème en étudiant l’interaction entre
deux sphères éclairées par une onde plane, quand les sphères sont en espace homogène
ou disposées sur un substrat plan. 25 Nous détaillons ici le résultat le plus marquant, obtenu
pour deux sphères en verre d’un rayon de 100 nm, immergées dans de l’eau, éclairées
comme décrit par la vignette de la Fig. 2.2(b). L’intensité du laser est de 0.2 W/µm 2 avec
λ = 632.8 nm dans le vide. Figure 2.2(a) montre le potentiel de piégeage suivant l’axe x,
normalisé par rapport à kbT (T est la température de l’eau et kb la constante de Boltzmann
iv ) pour la sphère B tandis que la Fig. 2.2(b) trace la force s’exerçant sur cette même
sphère. Notons que les puits de potentiel sont espacés d’une longueur d’onde, en parfait
accord avec les expériences 23 et ce quelle que soit la polarisation du faisceau incident. Ce
résultat peut se comprendre intuitivement en assimilant les sphères à des dipôles : quand
iv Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) : physicien autrichien.
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