Les particules de plasmon peuvent être utilisées pour réfléchir la lumière et ses couleurs peuvent être modifiées à la demande. Crédit :Professeur Laura Na Liu
L'image est sur une toile aussi large qu'un cheveu humain, ses couleurs ne se fanent jamais, et ils peuvent être modifiés et effacés à la demande.
Le professeur Laura Na Liu de l'Université de Heidelberg en Allemagne l'a créé avec des blocs de magnésium qui brillent car les électrons libres à l'intérieur effectuent une sorte d'onde mexicaine connue sous le nom de plasmon.
"Contrairement aux diodes électroluminescentes de nos téléphones, les blocs de métal n'ont pas besoin d'électricité pour briller, et contrairement aux pigments, ils ne se fanent jamais, " a déclaré le professeur Liu. " Les plasmons pourraient révolutionner la façon dont nous affichons la couleur. "
Les plasmons résultent du flux et reflux naturel des électrons libres. Lorsqu'il est allumé, ces particules oscillent dans les deux sens dans les limites des métaux. Si ces limites sont étroites, les électrons oscillent plus vite. A des fréquences suffisamment élevées, ils peuvent réfléchir la lumière.
Depuis des siècles, les verriers ont profité du phénomène pour donner des couleurs chatoyantes aux vitraux d'églises en ajoutant de petites particules métalliques à leur recette.
Dans le cadre du projet Dynamic Nano, financé par le Conseil européen de la recherche de l'UE, Le professeur Liu a affiné la taille et la distance entre les blocs de magnésium pour adapter le rythme auquel les plasmons oscillent en leur sein. Chaque configuration reflète la lumière d'une fréquence différente, ajoutant une nouvelle couleur à sa palette.
"Les blocs sont si petits que vous pouvez emballer 100 000 pixels dans chaque pouce, " a déclaré le professeur Liu. " Cette résolution est d'un ordre de grandeur supérieur à ce que nous pouvons obtenir aujourd'hui avec des imprimantes. "
Pourtant, la caractéristique déterminante de l'image n'est ni sa luminosité permanente, ni sa résolution, selon le professeur Liu. Elle pense que ce qui la distingue des autres avancées de la plasmonique, c'est qu'elle peut modifier les couleurs de l'image à la demande.
Le professeur Laura Na Liu travaille avec des plasmons, qui pourrait révolutionner l'affichage des couleurs sur les téléphones. Crédit :Prof. Laura Na Liu
Transparent
La plupart des chercheurs dans le domaine de la plasmonique ont expérimenté sur des métaux nobles comme l'or. Avec le soutien du Conseil européen de la recherche (CER) de l'UE, Le professeur Liu a choisi de travailler sur des matériaux comme le magnésium qui peuvent se lier à l'hydrogène pour modifier leurs propriétés physiques.
"Quand nous pulvérisons de l'hydrogène sur des blocs de magnésium, nous les transformons progressivement en isolants, " a déclaré le professeur Liu. " Cela modifie les couleurs qu'elles reflètent jusqu'à ce qu'elles deviennent enfin transparentes. "
En janvier de cette année, Le professeur Liu a démontré le potentiel de son matériau de changement de couleur en animant un feu d'artifice sur une zone de la taille d'une tête d'épingle. Elle a également montré comment la technique pouvait être utilisée pour crypter des messages cachés. La première application commerciale qu'elle envisage est un label de sécurité pour authentifier les médicaments sur les marchés émergents.
« Les contrefacteurs peuvent profiter des avancées dans la production de petits caractères ou d'hologrammes, ", a-t-elle déclaré. "Mais créer des structures plasmoniques effaçables nécessite un équipement sous vide sur lequel les criminels de droit commun auraient du mal à mettre la main."
Si elle et ses collaborateurs peuvent trouver un moyen d'encapsuler l'hydrogène pendant le processus d'exposition et d'augmenter le nombre de cycles que les blocs de magnésium peuvent supporter, elle s'attend à ce que la technologie puisse arriver sur le marché dans les deux prochaines années.
Pour partager les perspectives colorées de la plasmonique avec un public plus large, Professeur Sergey Bozhevolnyi à l'Université du Danemark du Sud, à Odense, a une idée qui pourrait rapprocher leur production de chez eux.
Il travaille sur des méthodes évolutives de fabrication de petites antennes métalliques sur des surfaces planes que les lasers peuvent fondre en sphères. Chaque antenne réfléchit une couleur différente selon la durée pendant laquelle le laser l'irradie.
Les chercheurs ont créé une animation de feu d'artifice des effets du matériel de changement de couleur de plasmon. Crédit :Prof. Laura Na Liu
Jet d'encre
L'approche sépare la tâche complexe de produire les particules métalliques de la tâche pratique de produire l'image.
"La suppression des techniques de laboratoire complexes pourrait conduire la plasmonique à remplacer l'impression jet d'encre classique, " a déclaré le professeur Bozhevolnyi.
Cela offrirait de bonnes nouvelles pour l'environnement, car les peintures et les encres libèrent des produits chimiques dangereux dans les écosystèmes naturels. Cela permettrait également de stocker les données publiées dans des référentiels plus petits et de protéger les images du blanchissement au fil du temps.
Le professeur Bozhevolnyi voit les applications de la plasmonique aller encore plus loin. Dans le cadre de son projet ERC PLAQNAP, il explore comment les plasmons pourraient également avoir un impact sur le domaine des technologies de l'information.
"Un obstacle à l'augmentation de la vitesse de traitement des ordinateurs est la vitesse à laquelle l'information peut être transférée par les fils électriques, " a déclaré le professeur Bozhevolnyi. "Nous atteignons la limite physique de la transmission de données à l'intérieur des ordinateurs."
Selon le professeur Bozhevolnyi, la lumière transmet les signaux plus rapidement, mais personne ne sait comment exploiter la lumière avec des puces informatiques. À son avis, la plasmonique pourrait être la solution.
"Les plasmons sont rapides et compacts, " a déclaré le professeur Bozhevolnyi. " Comme le démontre leur utilisation dans la génération de couleurs, ces oscillations peuvent très bien contrôler la lumière. Notre défi est maintenant de contrôler les plasmons."
