Start of Killam Program Microsite

interior-banner

Main Content

Christophe Caloz

Sciences naturelles

Les métamatériaux variables dans le temps : un nouveau paradigme de la science et de la technologie modernes 

Les métamatériaux sont des structures composées de particules artificielles, ou « méta-atomes », dont les propriétés électromagnétiques ne sont pas disponibles dans la nature (p. ex., l’indice de réfraction négatif ou la cape d’invisibilité). Depuis vingt ans, la recherche sur les matériaux artificiels a fait reculer plusieurs frontières de la science et le 21e siècle pourrait vraisemblablement donner lieu à une seconde révolution industrielle.

La plupart des métamatériaux signalés jusqu’à présent sont constants dans le temps, c’est-à-dire que leurs méta-atomes, et donc la susceptibilité de leur support, sont fixes ou faiblement variables (adiabatiquement), par rapport aux périodes d’oscillation des ondes qu’ils transportent. D’après ces observations, l’ingénieur et physicien Christophe Caloz étudie le territoire inexploré des « métamatériaux vivants », ou des métamatériaux paramétriquement excités, pour présenter des variations temporelles à des échelles sous-périodiques (diabatique).

L’ajout de la dimension temporelle (t) aux dimensions d’espace (r), de fréquence temporelle (w) et de fréquence spatiale (k) des susceptibilités des métamatériaux entraîne une classification généralisée des métamatériaux selon l’espace-temps de Minkowski, dont il découle une grande diversité de nouvelles structures potentielles de métamatériaux et de phénomènes exotiques de dispersion de l’espace-temps. À titre d’exemple, la discontinuité temporelle d’un support n’est pas le seulement le double de sa discontinuité spatiale : le changement de k est en fait inséré dans un changement de w, mais, la causalité empêchant des réflexions en arrière, l’onde réfléchie dans le premier support est remplacée par une onde en sens inverse dans le second support, et un bloc de temps transporte uniquement quatre ondes de Minkowski, tandis qu’un bloc d’espace transporte un nombre infini de multiples ondes réfléchies.

De telles différences et complémentarités fondamentales créent un terrain propice à l’innovation et font des métamatériaux de l’espace-temps les principaux représentants de l’une des prochaines grandes innovations de la science et de la technologie modernes.

Christophe Caloz et son équipe ont commencé à développer des métamatériaux espace-temps, constitués de méta-atomes chargés de minuscules éléments semiconducteurs, tels que des diodes et des transistors, et envisagent d’autres possibilités d’application de nouveaux matériaux nanostructurés. Ils étudient toute une gamme de nouveaux dispositifs, dont des appareils de mise en forme des impulsions spatiotemporelles, des composantes non réciproques sans polarisation magnétique, des amplificateurs temporels à cristaux photoniques, des « congélateurs » à ondes électromagnétiques, des générateurs d’harmonique accordables, des calculatrices électromagnétiques, des mélangeurs exempts d’harmoniques, des réseaux de diffraction de l’espace-temps et des déflecteurs d’ondes supraluminiques. Ces nouveaux dispositifs pourraient, selon certains, servir à des applications aussi diverses que les technologies de l’information et de la communication, les transports, l’aéronautique, l’astronomie, la défense, la sécurité, l’environnement, la biologie et la médecine.

Nouvelles et événements

9 mars 2017 | Événement

Visites universitaires 2017

18 février 2016 | Événement

Visites universitaires 2016