Paris, 11 décembre 2012

Des nanocubes pour absorber la lumière

 

Les chercheurs de l’Institut Pascal (CNRS/Université Clermont-Ferrand 2/Institut français de mécanique avancée/Ecole nationale supérieure de chimie de Clermont-Ferrand) en collaboration avec l'équipe de David Smith, de Duke University, ont montré que des nanocubes de 75 nm de côté, séparés d'une surface métallique par un film diélectrique de quelques nanomètres seulement,  se comportaient comme des antennes extrêmement efficaces pour absorber la lumière. Malgré leur taille bien plus petite que la longueur d'onde, ces cubes résonnent fortement et sont capables d'absorber la lumière qui arrive sur une surface 30 fois plus grande que la surface qu'ils occupent effectivement.

Les cubes absorbent une couleur spécifique, qu'on peut contrôler en changeant leur taille ou la distance qui les sépare de la surface métallique. Une surface d'or, une fois couverte de cubes, peut apparaître
verte, si les cubes absorbent le rouge par exemple. Un changement même minime de cette distance peut changer complètement la            couleur absorbée. Etant donné le degré de contrôle qu'on a sur la structure, celle-ci peut être considérée comme un métamatériau : un ensemble de résonateurs fonctionnant tous à la même fréquence et d'une taille dix fois inférieure à la longueur d'onde de la lumière.

Vue d'artiste des nanocubes d'argent déposés sur un film d'or (crédit : Cristian Ciraci).

 

De très nombreuses applications sont envisagées pour ce type de structures. Tout changement dans l'environnement des cubes provoque un changement de la couleur absorbée, facilement détectable. Ces cubes sont donc très intéressants pour détecter des changements de température, ou la présence d'une molécule particulière. Ils peuvent même servir pour "imprimer" des couleurs sur une surface métallique et on peut en faire des sources de lumière : en chauffant la surface, les cubes vont se comporter comme des antennes et émettre à leur fréquence de résonance. Cela peut permettre de transformer de la chaleur en électricité en ajoutant un dispositif photovoltaïque.

 

Beaucoup d'applications ont été prédites pour des structures analogues - mais jusque-là le prix de ces structures et la complexité de leur fabrication rendaient ces applications improbables. L'énorme avantage de la structure étudiée est qu'elle est très peu chère et très facile à fabriquer : elle ne fait pas appel aux techniques coûteuses de gravure, les cubes étant produits simplement par voie chimique en grande quantité à très faible coût. Par ailleurs, recouvrir une surface d'un très mince film d'or est également bon marché.

Références :

A. Moreau, C. Ciraci, J.J. Mock, R. T. Hill, Q. Wang, B. J. Wiley, A. Chilkoti, D. R. Smith,
« Controlled reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas », Nature 492, 86-89
(2012).

Contacts

Contact-chercheur
Antoine MOREAU
antoine.moreau@univ-bpclermont.fr

 

Sites web :

http://elma.univ-bpclermont.fr/moreau
http://ip.univ-bpclermont.fr/
http://www.metamaterials.duke.edu/