Les particules transparentes avec des indices de réfraction extraordinairement élevés peuvent devenir presque invisibles à des longueurs d'onde plus longues que la taille des particules, une étude théorique dirigée par A*STAR l'a montré. La découverte remet en question la sagesse acceptée autour des limites de la diffusion de la lumière et de la visibilité, et pourrait conduire à une nouvelle classe de matériaux « invisibles ».

La diffusion de la lumière du soleil par les molécules de gaz dans l'atmosphère est ce qui rend le ciel bleu, nous permettant de voir efficacement ce que serait d'autre un média transparent. Ce processus, connue sous le nom de diffusion de Rayleigh, se produit lorsque les molécules ou les particules sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière qui les frappe. Il est admis depuis longtemps que toutes les particules subissent une diffusion Rayleigh, et que la quantité minimale de diffusion se produit lorsque l'indice de réfraction – une mesure de la « lenteur » de la lumière traversant un milieu par rapport au vide – est inférieur à deux. L'eau, l'air et le verre remplissent tous cette condition, suggérant que la diffusion Rayleigh qui rend le ciel bleu est l'état le moins visible physiquement réalisable.

Boris Luk'yanchuk et ses collègues du A*STAR Data Storage Institute, en collaboration avec des chercheurs de l'Australian National University, ont maintenant bouleversé ce statu quo avec la découverte que la diffusion Rayleigh peut être supprimée dans les particules transparentes à des longueurs d'onde plus longues que l'échelle des particules si leur indice de réfraction est extraordinairement élevé.

« Il y a eu de nombreuses tentatives pour réduire la diffusion, " dit Luk'yanchuk. " Par exemple, La suppression de la réflexion arrière des signaux radar a été largement étudiée dans le cadre du développement de la technologie furtive. Pourtant, même de très petites particules transparentes présentent un certain degré de diffusion. Nous avons pu révéler un nouveau phénomène qui pourrait être utilisé pour concevoir des matériaux optiques ultra-transparents."

La diffusion Rayleigh se produit lorsque la lumière est absorbée par une molécule, produisant une séparation des charges positives et négatives connue sous le nom de dipôle électrique, et réémise par le dipôle à la même énergie. Cela peut se produire à toutes les longueurs d'onde, mais est plus efficace aux courtes longueurs d'onde, c'est pourquoi le ciel est plus bleu (courte longueur d'onde) que rouge (grande longueur d'onde).

"Dans notre étude théorique, nous avons constaté que pour les matériaux à indice de réfraction très élevé, la contribution du dipôle électrique devient extrêmement faible, " explique Luk'yanchuk. " Plus précisément, nous avons constaté que le mode dipolaire électrique dans les petites particules de tels matériaux est supprimé par l'émergence d'un autre mode dipolaire, résultant en une diffusion ultra-faible en dessous de la limite de Rayleigh. Le défi est maintenant de trouver ou de développer des matériaux avec un indice de réfraction suffisamment élevé à la longueur d'onde d'intérêt pour supprimer la diffusion de Rayleigh."