Investing in Nobel Prize Achievements - Le potentiel des lasers

Histoire du prix Nobel

Le prix Nobel est la récompense la plus prestigieuse du monde scientifique. Il a été créé en fonction de Le testament de M. Alfred Nobel de remettre un prix "à ceux qui, au cours de l'année écoulée, ont apporté le plus grand bénéfice à l'humanité"Les prix sont décernés en physique, chimie, physiologie ou médecine, en littérature et en paix. Un sixième prix sera créé plus tard pour les sciences économiques par la banque centrale suédoise.

La décision d'attribuer le prix appartient à plusieurs institutions académiques suédoises.

Préoccupations liées à l'héritage

La décision de créer le prix Nobel est venue à Alfred Nobel après qu'il eut lu sa propre nécrologie, à la suite d'une erreur d'un journal français qui avait mal compris l'annonce de la mort de son frère. Intitulé "Le marchand de mort est mort", l'article français reprochait à Nobel son invention d'explosifs sans fumée, dont la dynamite était le plus célèbre.

Ses inventions ont largement contribué à façonner la guerre moderne, et Nobel a acheté une énorme usine sidérurgique pour en faire un important fabricant d'armements. D'abord chimiste, ingénieur et inventeur, Nobel s'est rendu compte qu'il ne voulait pas que son héritage soit celui d'un homme dont on se souvient qu'il a fait fortune grâce à la guerre et à la mort d'autrui.

Prix Nobel

De nos jours, la fortune de Nobel est conservée dans un fonds investi pour générer des revenus destinés à financer la Fondation Nobel et la médaille en or vert plaqué, le diplôme et la récompense monétaire de 11 millions de SEK (environ $1M) attribués aux lauréats.

Source : Britannica

Souvent, le prix Nobel est divisé entre plusieurs lauréats, en particulier dans les domaines scientifiques où il est courant que deux ou trois personnalités contribuent ensemble ou en parallèle à une découverte révolutionnaire.

Au fil des années, le prix Nobel est devenu LE prix scientifique, tentant de trouver un équilibre entre les découvertes théoriques et les découvertes très pratiques. Il a récompensé des réalisations qui ont jeté les bases du monde moderne, telles que radioactivité, antibiotiques, Rayons Xou PCRainsi que des sciences fondamentales telles que le source d'énergie du soleil, le charge électronique, structure atomiqueou superfluidité.

Le potentiel des lasers

Inventés en 1960, les lasers ont fait sensation dans le monde de la recherche en physique presque instantanément. Les lasers sont des faisceaux de lumière cohérents, créant un faisceau de lumière très étroit d'une seule longueur d'onde qui ne se disperse pas sur de longues distances.

Source : Britannica

La création du laser lui-même sera très vite récompensée par un prix Nobel, en 1964 à Townes, Nicolay G. Basov, et Aleksandr M. Prokhorov  “for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the laser-maser principle”.

En effet, il est rapidement devenu évident que les lasers auraient un large éventail d'applications, de la production industrielle à la communication.

Cependant, d'autres scientifiques ne considéraient pas les lasers sous cet angle et étudiaient la technologie de manière plus approfondie. Leurs découvertes leur ont valu le prix Nobel de physique en 2018.

Arthur Ashkin studied how a laser could be used to move microscopic items, using only the “weight” of a light beam. Meanwhile, Gérard Mourou et Donna Strickland a mis au point une méthode permettant de créer des impulsions laser ultra-rapides et ultra-puissantes, mais des décennies plus tard, on ne sait toujours pas jusqu'où cette technique peut aller pour augmenter la vitesse et la puissance des lasers.

Source : Prix Nobel

Pousser avec la lumière

Bien qu'ils soient en état d'apesanteur, les photons qui constituent la lumière transportent une petite quantité d'énergie et, par conséquent, de mouvement. En théorie, cela suffit pour créer un mouvement sans toucher un objet.

Il est cependant difficile de déplacer des objets avec cet effet, car le mouvement induit est très faible. En pratique, il ne peut donc fonctionner que dans l'espace (voiles solaires) ou sur des objets microscopiques.

This was the field of research favored by Arthur Ashkin at Bell Laboratories. He started using micrometer-sized transparent spheres and confirmed they could be pushed by lasers.

Une observation surprenante a été que les sphères étaient attirées par le centre du faisceau laser, qui était le plus puissant. Il découvrira que cela est dû au fait que le bord du faisceau laser est plus faible, ce qui retient la particule en son centre.

Piégeage des particules par la lumière

This was when Ashkin had the breakthrough of turning the laser into tweezers that could grab and move items at will. To do so, he added a lens to the installation that would refocus the laser so it concentrated into a specific point in space. At this focal point, the particle is being trapped, as the pressure of the laser’s light keeps pulling it back to the center.

Source : Prix Nobel

By 1986, this method called “single-beam gradient force optical trap” was established, and soon known by the more colloquial “optical tweezers”. It could trap particles ranging from tens of nanometers to tens of micrometers.

Ces techniques sont rapidement devenues un moyen majeur de piéger, de manipuler et de refroidir des atomes individuels.

Manipuler des cellules vivantes à volonté

But Ashkin was more focused on its potential in manipulating living things like viruses and bacteria. As the green laser he had used so far was too strong, he switched to an infrared laser that was a lot less damaging to living organisms. This method quickly proved that it could move entire viruses or bacteria, as well as push and move internal components of the cells.

This would soon lead to measurement of the torsion created by a bacteria flagellum, the force exerted by microtubules (part of the cell “skeleton”) inside cells, and manipulation of sub-components of plant cells.

Source : Prix Nobel

Des progrès supplémentaires dans la précision et les contrôles de la technique permettraient de manipuler des composants aussi petits qu'une seule paire de base d'ADN, de mesurer les forces mécaniques de la protéase (enzyme dégradant les protéines) et de déplier les molécules d'ARN.

Les nouvelles idées sont toujours en cours d'élaboration dans ce domaine scientifique, tels que pince optique holographiqueque des milliers de pinces peuvent utiliser simultanément.

A similar concept, using soundwaves instead of laser (acoustic tweezers), is also currently being perfected. We explored how it could revolutionize surgery and medicine in our article “L'administration ciblée de médicaments pourrait bénéficier d'une nouvelle technique faisant appel aux ondes sonores."

Impulsions laser ultrarapides

Lorsque le laser est apparu, les premières utilisations ont été réalisées avec un faisceau laser continu. Mais rapidement, il est apparu qu'une impulsion à haute énergie pouvait être plus utile pour de nombreuses autres applications nécessitant la fourniture d'une grande quantité d'énergie presque instantanément.

Dans un premier temps, des améliorations ont été apportées en utilisant laser à verrouillage de modeune méthode permettant de faire passer des impulsions de l'ordre du nanojoule au niveau du millijoule, soit une puissance multipliée par un million. Cependant, ces progrès ont stagné dans les années 1970, car les niveaux croissants d'énergie endommageaient les amplificateurs utilisés.

Source : Prix Nobel

La seule façon de contourner le problème était d'utiliser un faisceau laser de plus grand diamètre. Cependant, ces lasers sont coûteux et ne sont accessibles qu'à quelques instituts de recherche nationaux. En outre, ils ne pouvaient tirer que quelques coups par jour, ce qui entravait sérieusement la recherche nécessitant de telles impulsions laser.

L'amplification des impulsions chirpées (CPA) à la rescousse

It was becoming clear that the technology of laser pulse was stagnating, and with it, all other research programs that depended on them. This is where Donna Strickland, a PhD student, and her supervisor, Gérard Mourou, at the University of Rochester in the US would win their part of this Nobel Prize.

The central idea was to first “stretch” the laser pulse, reducing its peak power. This means that it could now be amplified without damaging the amplifier material. It would then be “re-compressed” back into a short pulse, greatly increasing the power of the pulse beyond what was possible before. The technique was called Chirped Pulse Amplification (CPA).

Le concept était simple, mais sa mise en œuvre ne l'était pas. Il a fallu plusieurs années aux deux chercheurs pour y parvenir. Ils ont utilisé plus d'un kilomètre de fibre optique et ont eu du mal à synchroniser tous les composants. Ce n'est qu'en 1985 qu'ils y parviendront et que le CPA sera utilisé pour créer des impulsions laser de plus en plus puissantes.

Source : Prix Nobel

Impulsions laser ultrarapides Applications

Observations sur le temps infinitésimal

One of the applications of ultrashort laser pulses is to “illuminate” a target very briefly, in the order of the femtosecond, one million of a billionth of a second. This makes the observation of phenomena like molecule chemical reactions previously seen as instantaneous possible.

Source : Prix Nobel

Les progrès réalisés ouvrent même un tout nouveau domaine scientifique, la science de l'attoseconde (1/1000^th d'une femtoseconde). Grâce à elle, les scientifiques peuvent étudier la dynamique des électrons à l'intérieur des atomes et des cellules. les molécules et la matière en phase condensée pourrait être sondée.

Utilisations médicales

Ces lasers sont également utilisés pour créer une accélération laser-plasma, qui accélère des particules telles que les protons et les électrons à des niveaux d'énergie extrêmes. Ces particules peuvent être utilisées pour la radiothérapie, et l'utilisation de lasers permet d'obtenir des machines suffisamment petites pour être installées dans un hôpital.

Les lasers ultra-rapides sont également utilisés pour la chirurgie oculaire, qu'il s'agisse de la chirurgie LASIK, qui supprime le besoin de lunettes, ou de la photocoagulation, qui traite la rétinopathie diabétique (maladies de la rétine).

Source : Prix Nobel

Sciences des matériaux

Les lasers peuvent être utilisés pour sculpter des matériaux avec une grande précision. Toutefois, le problème est qu'une utilisation trop longue du laser provoque un échauffement rapide du matériau, ce qui crée des ondes de choc dommageables.

Les lasers femtoseconde effectuent toujours la sculpture mais sont suffisamment courts pour ne pas surchauffer, ce qui élimine ce problème.

Source : Prix Nobel

Comme nous l'avons mentionné, cela permet l'utilisation de lasers pour la chirurgie oculaire, stockage des données, and manufacturing of surgical stents, micrometer-sized cylinders of stretched metal inserted in the body’s blood vessels, and other canals.

Investir dans la technologie laser

Les lasers sont présents dans d'innombrables éléments de la technologie moderne, des disques optiques aux outils chirurgicaux, en passant par l'impression 3D, les semi-conducteurs, la fabrication et les séquenceurs de génome, avec un marché de $17,8 milliards d'euros qui devrait croître de 7,8% jusqu'en 2030.

You can read more about laser potential in our article “Les lasers sont appelés à jouer un rôle essentiel dans les décennies à venir grâce aux progrès de la technologie,” including future new uses, like in defense, health, and nuclear fusion.

Vous pouvez investir dans des entreprises liées au laser par l'intermédiaire de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.ioNos recommandations pour les meilleurs courtiers en les États-Unis, Canada, Australie, le Royaume-Uni, ainsi que de nombreux autres pays.

Si vous n'êtes pas intéressé par la sélection d'entreprises spécifiques, vous pouvez également vous tourner vers des ETF technologiques tels que iShares U.S. Technology ETF (IYW) ou  ProShares Nanotechnology ETF (TINY)même s'il n'existe pas d'ETF dédié au laser, ce qui permettra une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur les valeurs du laser et de la technologie.

Sociétés de laser

1. II-VI Marlow / Cohérent

Coherent est un grand conglomérat industriel de plus de 26 000 employés, leader dans le domaine de la technologie laser, qui résulte de la fusion de la société de matériaux avancés II-VI Marlow avec le fabricant de lasers Coherent.

L'entreprise est experte en matériaux avancés utilisés dans les lasers, l'optique et la photonique, tels que le phosphure d'indium, les plaquettes épitaxiales et l'arséniure de gallium. Elle s'est développée en grande partie grâce à de multiples acquisitions au cours de la dernière décennie.

Source : Cohérent

The company derives 29% of its revenues from laser, with the rest linked to associated equipment like optical fiber, electronics, and instrumentation.

Source : Cohérent

La présence de l'entreprise dans les matériaux avancés tels que les thermophotovoltaïques (qui sont les plus utilisés dans l'industrie de l'énergie) a été renforcée. dont nous avons parlé dans un article précédent), le carbure de silicium, les lasers et l'électronique lui permet de bénéficier de tendances structurelles telles que la croissance de la fabrication de précision, de la fabrication additive (impression 3D), de l'électrification et des énergies renouvelables.

La société a récemment séparé son activité de carbure de silicium en une nouvelle entité, détenue à 75% par Coherent, le reste étant détenu à parts égales par ses partenaires Mitsubishi Electric (qui apporte la propriété intellectuelle du carbure de silicium pour l'alimentation électrique) et Denso (qui apporte son activité d'équipementier automobile pour l'électrification et les semi-conducteurs d'alimentation).

2. Corning

Corning est une entreprise de technologie de fabrication et un leader sur les marchés des lasers, qui se concentre sur trois technologies de base : les sciences du verre, la physique optique (y compris les lasers) et les sciences de la céramique.

Source : Corning

Avec plus de 50 000 employés, elle est présente sur de nombreux marchés, notamment les fibres optiques (elle a inventé la première fibre optique à faible perte en 1970), la fabrication de précision, les verres d'endommagement et de précision, les réseaux sans fil et le contrôle des émissions automobiles (céramique pour les convertisseurs catalytiques).

Les lasers reposant eux-mêmes sur des matériaux très purs et des verres fabriqués avec précision, il existe de nombreuses synergies entre les différentes technologies détenues par Corning.

Dans l'ensemble, l'entreprise a une longue histoire d'innovation réussie dans sa technologie de base, notamment :

• Verre résistant à la chaleur PIREX.
• Verre LCD.
• Verre antimicrobien.
• Technologie de capture d'images pour le télescope James Webb.
• Lentilles de focalisation de faisceau pour la fusion nucléaire.

Source : Corning

Elle vend également de nombreux outils à base de laser, tels que couper et polir le verre et d'autres matériaux fragiles.

Source : Corning

Les lentilles, les lasers et les céramiques de pointe prennent de plus en plus d'importance dans toutes sortes d'applications de haute technologie, de la fabrication de semi-conducteurs aux sciences de la vie.

L'entreprise est présente dans les secteurs de l'aérospatiale, de la biotechnologie et des produits pharmaceutiques, de l'électronique et de l'affichage, de la communication optique et de l'automobile, et jouit d'une avance technologique dans ses domaines de prédilection.

Tous ces secteurs se développent rapidement et dépendent de plus en plus d'équipements de haute technologie fournis par des prestataires spécialisés. L'entreprise devrait donc pouvoir continuer à croître régulièrement et rester un acteur de premier plan dans ses multiples secteurs.