Une manipulation contre nature de la lumière
Les propriétés uniques des métamatériaux découlent d'une structure périodique à une échelle bien inférieure à la longueur d'onde de la lumière qui les traverse. Les utilisations dans le domaine des micro-ondes (longueur d'onde de l'ordre du mètre) sont à l'étape pré-commerciale. La fabrication de dispositifs dans la plage de la lumière visible (qui impose des structures à l'échelle nanométrique), comme des capes d'invisibilité, pose de sérieux problèmes. Le projet METACHEM («Nanochemistry and self-assembly routes to metamaterials for visible light»), financé par l'UE, a pour la première fois rassemblé des scientifiques en nanochimie, en auto-assemblage et en métamatériaux)). Le but était de proposer une méthode de fabrication simple et peu coûteuse pour remplacer la nanolithographie. Le projet a aussi accordé d'importants travaux à la conception des méthodes de mesures requises pour démontrer la validité du concept. L'équipe a conçu et synthétisé des nanoparticules sur mesure comme des nanorésonateurs plasmoniques optiques. Ces structures à plasmons de surface exploitent les oscillations cohérentes et associées des électrons et de la lumière sur la surface d'un métal. Grâce à l'auto-assemblage, les chercheurs les ont organisées en réseaux denses hautement structurés, en 2 et 3 dimensions. Les métamatériaux plasmoniques ont été difficiles à exploiter pleinement à cause des pertes. Les scientifiques ont réglé ce problème de la manière classique, en utilisant un support à gain actif pour compenser les pertes. Ils ont proposé plusieurs applications comme des capteurs perfectionnés, des nanoréacteurs plasmoniques et des métamatériaux avec des indices de réfraction inconnus dans la nature. Les connaissances et les résultats ont été diffusés via le site web du projet, un atelier de formation, la participation à des conférences internationales et plusieurs brochures. Le projet a aussi organisé et participé à la dernière Metamaterials Conference 2013 ainsi qu'à une formation doctorante de suivi. METACHEM a fortement dynamisé l'exploitation des métamatériaux plasmoniques. Les scientifiques ont démontré qu'il était possible de les fabriquer à faible coût via des méthodes d'auto-assemblage ascendant. En améliorant l'efficacité par la compensation des pertes, l'équipe a éliminé l'un des principaux obstacles aux utilisations concrètes. Enfin, les progrès ont souligné le potentiel de ces matériaux en tant que composants de capteurs, de nanoréacteurs chimiques, de dispositifs électromagnétiques et autres, ouvrant de nouvelles voies de recherche passionnantes.
Mots‑clés
Métamatériaux, visible, fabrication, auto-assemblage, nanolithographie, plasmonique, pertes, gain actif
