Une «encre invisible» qui n'est pas uniquement réservée aux enfants
Le domaine de l'optique repose sur la manipulation des rayonnements électromagnétiques, des rayonnements lumineux de différentes fréquences et longueurs d'onde. La mise au point de métamatériaux ces dernières années a donné naissance à un nouveau type de matériaux composites structurés artificiellement ayant des propriétés électromagnétiques imprévues. Ces propriétés sont en grande partie attribuables à des inhomogénéités fabriquées de dimensions beaucoup plus petites que la longueur d'onde d'intérêt, généralement de l'ordre du nanomètre pour le spectre lumineux visible. Ces structures se traduisent par de la résonance, une oscillation synchrone à la fréquence naturelle d'un matériau conduisant à des oscillations de grande amplitude. Des scientifiques ont lancé le projet Nanogold («Self-organized nanomaterials for tailored optical and electrical properties») financé par l'UE pour concevoir des matériaux à fort potentiel capables de produire un indice de réfraction négatif. Les chercheurs ont identifié des nanoparticules métalliques facilement disponibles et capables de s'auto-assembler en méta-atomes selon une géométrie bien définie afin de former un matériau composite. Les nanoparticules ont été introduites dans des molécules de cristal liquide capables de s'auto-organiser. La structure a été contrôlée à l'aide de sources extérieures telles que la température, le champ électrique ou la lumière pour produire une résonance collective des nano-inclusions. Les scientifiques ont ensuite mis au point des méthodes de cristallographie à basse résolution pour déterminer les nanostructures des métamatériaux auto-assemblés. En utilisant une approche ascendante pour la fabrication des métamatériaux, le projet Nanogold a mis au point un matériau destiné à un dispositif d'imagerie dont la résolution était plusieurs fois supérieure aux performances des microscopes conventionnels. Les scientifiques ont également mis au point des matériaux qui permettent de dissimuler des objets pour un observateur extérieur, ainsi que d'autres qui absorbent la lumière sur une large gamme spectrale. Pour ces derniers, la lumière absorbée est convertie en chaleur qui pourrait être utilisée dans des applications catalytiques ou thermophotovoltaïques à l'échelle nanométrique. Toutes ces avancées ont été réalisées à l'aide d'une encre qui peut être fabriquée facilement et à moindre coût en grandes quantités en vue d'être déposée sur des objets. À long terme, les matériaux susceptibles d'être traités à des températures ambiantes permettront de recourir pour la fabrication à la chaîne de traitement des matières plastiques bien établie, notamment au moulage par injection et à l'embossage à chaud. En utilisant la résonance et l'interférence par le biais de structures périodiques à l'échelle nanométrique pour affiner les propriétés électromagnétiques, les scientifiques ont obtenu des métamatériaux optiques fonctionnant dans des domaines spectraux appropriés pour des applications photoniques novatrices. L'article consacré aux «éléments constitutifs des métamatériaux» est disponible en téléchargement sur le site Internet du projet à l'adresse suivante: http://nanogold.epfl.ch.
