Les arcs-en-ciel se forment lorsque la lumière se courbe ou se réfracte lorsqu'elle entre et sort d'une goutte d'eau. La quantité de courbure de la lumière dépend de la couleur de la lumière, résultant en une lumière blanche séparée en un magnifique spectre de couleurs. L'indice de réfraction, l'un des outils que les ingénieurs optiques utilisent pour contrôler la lumière, décrit l'interaction entre la lumière et la matière.

Récemment, les matériaux qui ont un indice de réfraction qui disparaît ont suscité un intérêt considérable dans les communautés scientifiques et techniques. Ces matériaux, matériaux appelés epsilon-near-zero (ENZ), sont très prometteurs pour les applications d'imagerie de petits objets, détecter des concentrations infimes de molécules ciblées (par exemple, explosifs, produits chimiques toxiques, polluants) et permettant une nouvelle génération de dispositifs et circuits optiques.

Une équipe de l'Université de Notre Dame en collaboration avec des chercheurs de l'Université du Texas à Austin, L'Université Cornell et l'Université du Massachusetts à Lowell ont montré comment les propriétés optiques des matériaux ENZ peuvent être conçues pour améliorer les dispositifs optiques. Leurs travaux utilisent bon nombre des mêmes matériaux que ceux utilisés dans l'industrie pour l'électronique haute puissance et pourraient un jour permettre l'intégration de ce nouveau comportement optique dans des dispositifs optiques.

Les dispositifs optiques créent, manipuler ou mesurer le rayonnement électromagnétique—lumière, à la fois le visible et l'invisible. Lunettes et objectifs d'appareil photo, microscopes et télescopes, laser, les diodes électroluminescentes et les cellules solaires sont des exemples de dispositifs optiques courants qui ont été développés pour aider à voir et à percevoir le monde. Chacun de ces appareils exploite l'indice de réfraction d'une manière différente.

L'équipe a partagé ses résultats dans un article récent publié dans Optique Express .

"De nombreuses molécules ont des modes vibrationnels dans la région spectrale de l'infrarouge moyen, et ces vibrations peuvent être utilisées pour les détecter, " a déclaré Irfan Khan, un étudiant au doctorat en génie électrique et l'auteur principal de l'article. "Nous avons utilisé des matériaux ENZ pour coupler à un mode optique spécial, connu sous le nom de mode Berreman, pour concevoir des réponses optiques spécifiques dans les matériaux semi-conducteurs actuellement utilisés dans l'industrie.

L'ingénierie de ces nouveaux modes optiques à l'aide de matériaux semi-conducteurs est une étape critique pour incorporer les matériaux ENZ dans les futurs dispositifs et circuits optiques, dit Anthony Hoffman, professeur agrégé de génie électrique et chef de projet.

« Le fait que les matériaux ENZ soient facilement disponibles, simples à fabriquer et à bien fonctionner à très petite échelle, ils sont également idéaux pour une variété d'applications."