Une équipe d'ingénieurs de Caltech a découvert comment utiliser les technologies de fabrication de puces informatiques pour créer le type de matériaux réfléchissants qui font des gilets de sécurité, chaussures de course, et les panneaux de signalisation apparaissent brillants dans l'obscurité.

Ces matériaux doivent leur brillance à la rétroréflexion, une propriété qui leur permet de renvoyer la lumière directement vers sa source à partir d'une grande variété d'angles. En revanche, un miroir plat de base ne renverra pas la lumière vers sa source si cette lumière provient d'un angle autre que droit.

La capacité des rétroréflecteurs à renvoyer la lumière d'où elle vient les rend utiles pour mettre en évidence les objets qui doivent être vus dans des conditions sombres. Par exemple, si la lumière des phares d'une voiture éclaire le gilet de sécurité d'un ouvrier du bâtiment sur la route, les bandes rétroréfléchissantes du gilet renvoient cette lumière directement vers la voiture et dans les yeux du conducteur, faire briller le gilet.

Les rétroréflecteurs ont également été utilisés dans l'équipement des géomètres, communications avec les satellites, et même dans des expériences pour mesurer la distance de la Lune à la Terre.

Typiquement, les rétroréflecteurs sont constitués de minuscules sphères de verre incrustées dans la surface de la peinture réfléchissante ou dans de petits miroirs en forme de coin interne d'un cube.

La nouvelle technologie, qui a été développée par une équipe dirigée par Andrei Faraon de Caltech, professeur adjoint de physique appliquée et de science des matériaux à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées - utilise des surfaces recouvertes d'un métamatériau composé de millions de piliers de silicium, chacun mesurant seulement quelques centaines de nanomètres. En ajustant la taille des piliers et l'espacement entre eux, Faraon peut manipuler la façon dont la surface se reflète, réfracte, ou transmet la lumière. Il a déjà montré que ces matériaux peuvent être modifiés pour créer des lentilles plates pour focaliser la lumière ou pour créer des surfaces en forme de prisme qui diffusent la lumière dans son spectre. Maintenant, il a découvert qu'il pouvait construire un rétroréflecteur en empilant deux couches de métamatériaux l'une sur l'autre.

Dans ce genre de rétroréflecteur, la lumière traverse d'abord une couche de métamatériau transparente (métasurface) et est focalisée par ses minuscules piliers sur un seul point sur une couche de métamatériau réfléchissante. La couche réfléchissante renvoie ensuite la lumière vers la couche transparente, qui renvoie la lumière à sa source.

"En plaçant plusieurs métasurfaces les unes sur les autres, il est possible de contrôler le flux de lumière d'une manière qui n'était pas possible auparavant, " dit Faraon. " La fonctionnalité d'un rétroréflecteur ne peut pas être obtenue en utilisant une seule métasurface. "

Étant donné que les métamatériaux de Faraon sont créés à l'aide de technologies de fabrication de puces informatiques, il serait possible de les intégrer facilement dans les puces utilisées dans les dispositifs optoélectroniques - électroniques qui utilisent et contrôlent la lumière, il dit.

"Cela pourrait avoir des applications dans la communication avec des capteurs distants, drones, satellite, etc., " il ajoute.

Les recherches de Faraon apparaissent dans un article du 19 juin 2017, édition de Photonique de la nature ; l'article s'intitule « Rétroréflecteur de métasurface planaire ». Les autres coauteurs sont Amir Arbabi, professeur adjoint d'ingénierie informatique et électrique à l'Université du Massachusetts Amherst; et les étudiants diplômés en génie électrique de Caltech Ehsan Arbabi, Yu Horie, et Seyedeh Mahsa Kamali.