De minuscules particules composées de métaux et de semi-conducteurs pourraient servir de sources lumineuses dans les composants des futurs ordinateurs optiques, car ils sont capables de localiser avec précision et d'amplifier extrêmement la lumière laser incidente. Une équipe d'Allemagne et de Suède dirigée par le professeur Dr. Christoph Lienau et le Dr. Jin-Hui Zhong de l'Université d'Oldenburg a expliqué pour la première fois comment ce processus fonctionne. L'étude est publiée dans le numéro actuel de la revue Communication Nature .

Pour leur étude, l'équipe a produit des nanomatériaux hybrides qui combinent les propriétés optiques des métaux et des semi-conducteurs. Le point de départ de l'étude était des particules d'or spongieuses d'un diamètre de plusieurs centaines de milliardièmes de mètre (nanomètres) et des pores d'une taille d'environ dix nanomètres. Les scientifiques des matériaux, le Dr Dong Wang et le professeur Peter Schaaf de l'Université technique d'Ilmenau, ont fabriqué ces nanoéponges et ont utilisé des techniques avancées de nanofabrication pour recouvrir les éponges et infiltrer leurs minuscules pores avec une fine couche d'oxyde de zinc semi-conducteur.

Les particules sont capables de changer la couleur d'un faisceau lumineux optique. Par exemple, s'ils sont irradiés avec la lumière d'un laser rouge, ils pourraient émettre une lumière laser bleue, qui a une longueur d'onde plus courte. La couleur émise dépend des propriétés du matériau. "Créer de tels matériaux optiques dits non linéaires avec des dimensions nanométriques est l'un des grands défis de la recherche en optique actuelle, " rapporte Lienau.

Dans les futurs ordinateurs optiques, qui pourrait utiliser la lumière au lieu des électrons pour les calculs, de telles nanoparticules pourraient servir de minuscules sources lumineuses. "Vous pourriez appeler ces particules nanolasers, " ajoute Zhong, qui, avec le Dr Jan Vogelsang de l'Université de Lund, est l'auteur principal de l'étude. Les applications possibles incluent les commutateurs optiques ultrarapides ou les transistors.

Afin d'élucider comment les nanomatériaux convertissent la lumière d'une couleur en une autre, les membres de l'équipe dirigée par le professeur Dr. Anne L'Huillier et le professeur Dr. Anders Mikkelsen de l'Université de Lund en Suède ont utilisé une méthode microscopique spéciale, microscopie électronique à photoémission ultrarapide. Combinant des éclairs de lumière extrêmement courts avec un microscope électronique, ils ont pu montrer directement que la lumière est efficacement concentrée dans les nanopores, une condition préalable importante pour son application future.

Pr Dr Erich Runge, un physicien de l'Université technique d'Ilmenau, simulé les propriétés du matériau avec des modèles théoriques. Comme le rapporte l'équipe, les nanoparticules composées de métaux et de semi-conducteurs offrent probablement de nouvelles opportunités pour ajuster les propriétés de la lumière émise. "Notre étude fournit de nouvelles informations fondamentales sur la façon dont les nanostructures hybrides métal-semi-conducteur amplifient la lumière, " dit Zhong. De plus, les observations pourraient aider à développer des matériaux avec des propriétés optiques encore meilleures.

Le groupe de recherche "Ultrafast Nano-Optics" de l'Université d'Oldenburg dirigé par le professeur Dr. Christoph Lienau est spécialisé dans l'étude des processus dans le nanomonde avec une résolution spatiale et temporelle particulièrement élevée. Les physiciens ont déjà réalisé plusieurs percées importantes dans ce domaine. Seulement récemment, ils ont développé une superlentille métallique en or avec une résolution optique jamais atteinte auparavant.