Or. Le mot évoque les alliances, trésor enfoui et la Californie dans les années 1840. Mais quand l'or est réduit à 1/100, 000 la taille d'un cheveu humain, il prend une toute nouvelle personnalité.

En fixant des nanoparticules d'or à la surface d'un microlaser, des chercheurs de l'USC Viterbi School of Engineering ont démontré un peigne de fréquence qui prend moins de place et nécessite 1000 fois moins d'énergie que la technologie de peigne actuelle.

Un peigne de fréquence est un appareil qui peut créer un arc-en-ciel de lumière à partir d'une seule couleur. Ces dispositifs ont été utilisés pour améliorer la cybersécurité, détection de produits chimiques toxiques, et GPS. Cependant, ces peignes industriels sont générés à l'aide de grands systèmes nécessitant des watts de puissance d'entrée. Afin de créer des systèmes plus petits qui pourraient permettre des applications résidentielles ou portables, les besoins en énergie pour la génération de longueur d'onde et la taille de l'appareil doivent être considérablement réduits.

L'équipe de recherche dirigée par Andrea Armani, professeur au département de génie chimique et science des matériaux de la famille Mork, a démontré des peignes de fréquence ne nécessitant que des milliwatts de puissance d'entrée en fixant des nanotiges d'or à la surface d'un seul microlaser. L'interaction de la lumière du microlaser avec les particules d'or entraîne la génération de nombreuses longueurs d'onde supplémentaires. Ce processus est encore amélioré par un revêtement polymère sur les nanoparticules. La réduction d'énergie réduit l'empreinte du système et fait passer la technologie du laboratoire aux applications du monde réel où la consommation d'énergie et la taille sont importantes.

"Ces résultats illustrent ce qui peut arriver si des chercheurs de différents domaines travaillent ensemble sur un problème de science fondamentale qui a un impact sur la recherche appliquée, " dit Armani, la Chaire Ray Irani en ingénierie et science des matériaux, dont le laboratoire fait partie du nouveau USC Michelson Center for Convergent Bioscience.

« En conjuguant expertise en optique et en nanomatériaux, nous avons fait des progrès exceptionnellement rapides qui ont remis en cause et réfuté l'idée conventionnelle dans le domaine selon laquelle les nanoparticules d'or seraient préjudiciables au laser."

Le co-auteur principal Vinh Diep décrit le projet comme l'utilisation d'innovations dans les nanomatériaux pour résoudre un problème d'optique intégrée.

"Le rôle des nanotiges d'or est d'augmenter l'intensité de la lumière circulant dans l'appareil, " Diep a déclaré. "La lumière de plus haute intensité peut alors interagir avec des molécules organiques à la surface de l'or pour générer d'autres longueurs d'onde de lumière. Cet effet combiné permet à la génération du peigne de commencer à une puissance beaucoup plus faible que l'approche traditionnelle du laser pulsé."

Diep, un doctorant en science des matériaux, a expliqué qu'un peigne de fréquence qui contient de nombreuses longueurs d'onde d'émission sur une large gamme de longueurs d'onde est avantageux. En utilisant le revêtement de nanotige d'or, l'équipe de recherche a observé un peigne qui peut s'étendre sur une plage de longueurs d'onde de 300 nanomètres. Sans les nanotiges d'or, un peigne ne pouvait pas être généré à la même puissance.

La démonstration d'une large gamme montre le fort potentiel d'applications de l'appareil dans le développement d'un système de spectroscopie chimique portable, où le signal chimique ne se produit qu'à une longueur d'onde spécifique, et la précision dépend de la source lumineuse.

La recherche a été dirigée par Vinh Diep et Rigoberto Castro-Beltrán, un boursier USC-Conacyt à l'Université de Guanajuato. Les autres chercheurs en ingénierie impliqués étaient le doctorant Soheil Soltani et le chercheur post-doctoral Eda Gungor. L'étude a été acceptée pour publication dans ACS Photonique .