Avec une longueur d'onde d'environ un demi-millimètre, le rayonnement térahertz comble le fossé entre la lumière visible et les ondes radio. Ce rayonnement se prête très bien à la mesure en profondeur des propriétés électriques de nouveaux matériaux, comme l'a démontré le doctorant Niels van Hoof. Il a aidé à construire un microscope térahertz unique qui peut être utilisé entièrement à distance, pratique en cas de pandémie.

D'un point de vue scientifique, le rayonnement térahertz est un peu bizarre :pris entre l'enfance et l'âge adulte, Tu pourrais dire. Ou plutôt ses ondes sont trop courtes pour l'électrotechnique et trop longues pour la physique. Compte tenu de cela, le physicien Niels van Hoof, qui a effectué ses travaux de doctorat dans le groupe Photonique de surface dirigé par Jaime Gómez Rivas (Physique appliquée), a également été en contact avec le groupe dirigé par le professeur Marion Matters de Génie électrique.

« Les deux groupes ont même créé un spin-off ensemble, TeraNova, " dit-il. " La société gère le lancement commercial du microscope térahertz que nous avons développé. " La pollinisation croisée entre les deux groupes sanguins, chacun avec son propre jargon, rend la spécialité des rayonnements térahertz particulièrement intéressante, trouve Van Hoof.

Scanners corporels

Au-delà du laboratoire, le rayonnement térahertz est connu principalement en relation avec les scanners corporels utilisés dans les aéroports. De nombreux objets sont transparents au rayonnement térahertz, explique le doctorant. "Mais les métaux se comportent comme un miroir parfait pour ce rayonnement car ils conduisent l'électricité. Cela rend le rayonnement térahertz très approprié pour la détection d'armes."

Cette sensibilité à la conductivité électrique ajoute une autre application au portefeuille de rayonnement térahertz :l'étude des matériaux nouvellement produits en laboratoire. Pensez à toutes sortes de structures fantaisistes comme les nanofils, qui, en raison de leur forme et de leur composition particulières, présentent des propriétés électromagnétiques particulières.

Pour analyser ces nouveaux matériaux, nous devons zoomer, comme c'était, sur l'objet. Cela peut être fait en utilisant une technique appelée spectroscopie en champ proche, une méthode utilisée avec succès en microscopie optique depuis un demi-siècle. Ici, les structures plus petites que la longueur d'onde de la lumière utilisée sont rendues visibles.

Surface

"En appliquant cette technique au rayonnement térahertz, nous pouvons détecter les champs électriques à la surface de structures qui sont beaucoup plus petits que la longueur d'onde du rayonnement, " explique Van Hoof. " Cela nous permet d'atteindre une résolution comprise entre trois et dix micromètres. " Dans la configuration de mesure, l'échantillon passe devant un détecteur par pas de dix micromètres tout en étant illuminé par des impulsions de rayonnement térahertz. " Cela nous permet de mesurer le champ électrique local en fonction du temps. Nous utilisons ces informations pour comprendre pourquoi le matériau se comporte d'une certaine manière."

Des mesures comme celle-ci sont presque impossibles à effectuer avec la lumière visible, dit le physicien. "Dans le domaine optique, vous n'avez pas d'autre choix que de simuler le comportement, alors que nous pouvons réellement le mesurer. Ce qui est bien avec le système, c'est qu'il est évolutif; cela signifie que lorsque vous travaillez avec des structures plus petites et les fréquences correspondantes plus élevées, vous pouvez, en principe, attendez-vous au même comportement. Et donc nos mesures prises avec le microscope térahertz sont également pertinentes pour d'autres parties du spectre électromagnétique."

Impulsion laser

Un champ d'enquête impliquait Van Hoof étudiant une gamme de matériaux, dont un fait de nanofils d'argent tissés lâchement. "Pas cher, des électrodes transparentes pourraient éventuellement être réalisées à partir de ce matériau, Pour utilisation dans, dire, cellules solaires en plastique flexibles, " explique-t-il. " Bien que nous ne puissions voir aucun nanofil individuel avec notre microscope, nous pouvons déterminer les propriétés électriques pertinentes. J'ai travaillé avec DIFFER là-dessus; ils fabriquent ce genre de matériaux."

Comme deuxième champ d'investigation, il étudia la pureté des matériaux semi-conducteurs. "Vous pouvez établir cette pureté en mesurant combien de temps le matériau reste conducteur après l'avoir frappé avec un court, impulsion intense de lumière laser. Plus le temps est long, plus le matériau est pur. C'est une information intéressante pour l'industrie des semi-conducteurs. Nous avons conçu un moyen de le faire sans que l'impulsion laser n'endommage le détecteur. C'est tellement unique qu'un brevet a été accordé."

Commande à distance

De même unique est le fait que la configuration de mesure construite par Van Hoof peut être entièrement commandée à distance, via Internet. Comme expliqué dans le court métrage ci-dessous, cela s'est avéré très utile lors de la dernière phase de ses recherches; après tout, cela a coïncidé avec les blocages pendant la pandémie de corona.