Ancien lauréat
Prix d'études supérieures André-Hamer du CRSNG de 2005

Kenneth Chau

Au niveau du doctorat

University of Alberta

Lorsqu'on interroge Kenneth Chau au sujet de ses recherches, il commence à parler « d'ondes électromagnétiques oscillantes ». Pardon? « Oh! c'est le terme que nous utilisons ici au laboratoire pour parler de la lumière », répond ce doctorant de première année au laboratoire de photonique ultrarapide de d'Abdulhakem Elezzabi, à l'University of Alberta.

Bien que le langage de ce natif de la région d'Edmonton reflète le jargon pointu de la physique ultraspécialisée, le dynamisme qui motive l'emploi de ces termes est simple : il est mû par une curiosité insatiable. Celle-ci a guidé M. Chau, âgé de 24 ans, vers une compréhension profonde de la nature de la lumière et de son interaction avec la matière et lui a valu le Prix d'études supérieures André-Hamer de 2005 décerné par le CRSNG à un étudiant au doctorat.

La récente découverte de M. Chau constitue un bon exemple à cet égard. En effet, il a découvert que la lumière térahertzienne (THz) – une lumière invisible dont la fréquence se situe entre celle des rayons infrarouges et celle des microondes – peut être transmise à travers le métal.

« Les métaux sont habituellement des matériaux parfaitement réfléchissants », explique M. Chau. Imaginez que vous tentiez de faire traverser la lumière d'une lampe de poche à travers une cuiller en métal. Impossible, bien sûr! C'est ce que je pensais, mais j'ai essayé quand même. »

« C'était de la curiosité pure. Le professeur Elezzabi était en vacances et il m'encourageait à explorer », se rappelle M. Chau au sujet de ses recherches de maîtrise.

Il étudiait comment des échantillons de solides changent une simple onde de rayonnement THz dirigée à travers ces échantillons. Les rayonnements THz suscitent un intérêt majeur en tant que solution de rechange aux rayons X en imagerie biomédicale. Nécessitant seulement une fraction de l'énergie des rayons X, les rayons THz peuvent tout de même traverser les tissus, mais sans endommager les cellules.

D'abord, M. Chau a dirigé un faisceau de rayons THz à travers des saphirs. Ensuite, simplement pour voir ce qui se passerait, il a pointé les rayons vers un échantillon de poudre de chrome. À son grand étonnement, l'onde a semblé traverser l'échantillon. En poussant ses recherches, M. Chau a déterminé que l'onde THz n'avait pas réellement passé directement à travers le métal. L'onde lumineuse avait plutôt excité les électrons périphériques du métal, qui ont propagé à leur tour une onde d'énergie à travers le métal, ce qui a entraîné l'émission d'une onde THz de l'autre côté de l'échantillon.

Non seulement cette découverte fondamentale a été publiée dans Physical Review Letters, une revue internationale de physique de haut niveau, mais elle pourrait avoir d'importantes applications commerciales. M. Chau a constaté que différents métaux modifient le signal THz de diverses façons lorsque celui-ci les traverse. Ce facteur suscite la possibilité que l'on puisse utiliser les métaux pour régler un signal THz. Par exemple, un signal THz dans un réseau de communication photonique pourrait être divisé en deux, et chacun des faisceaux résultants pourrait ensuite être réglé séparément par un métal.

En tant qu'étudiant au doctorat, M. Chau continue cette exploration des rayonnements THz en se concentrant davantage sur les aspects appliqués. Fidèle à son caractère audacieux, il travaille à un autre projet qui change notre conception du possible – dans ce cas-ci – une nouvelle façon de convertir la lumière solaire directement en électricité.

Lorsque les électrons se trouvant à la surface d'un solide sont excités par la lumière, ils se dispersent habituellement de façon aléatoire, comme des boules de billard au moment du premier bris. Toutefois, les chercheurs en nanotechnologie de l'University of Alberta ont développé de minuscules structures qui peuvent être incorporées dans des solides; elles agissent comme des déflecteurs d'électrons et canalisent les électrons excités dans une seule direction. Cette technologie fonctionne avec une lumière de très faible énergie. MM. Chau et Elezzabi travaillent actuellement à la conception des simulations informatiques pour vérifier si ces dispositifs pourraient être utilisés afin de mettre à contribution les rayons THz du Soleil pour produire de l'électricité plus efficacement que les panneaux photovoltaïques existants.

« J'adore la recherche, s'exclame M. Chau. Je suis un expérimentateur dans l'âme, mais je souhaite également que mes recherches donnent lieu à des applications. »