(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé des réseaux de minuscules nano-antennes qui peuvent permettre la détection de molécules qui résonnent dans le spectre infrarouge (IR).

"L'identification des molécules en détectant leurs résonances d'absorption uniques est très importante pour la surveillance environnementale, contrôle de procédés industriels et applications militaires, " a déclaré le chef d'équipe Daniel Wasserman, professeur de génie électrique et informatique. Wasserman fait également partie du Micro and Nano Technology Laboratory de l'Illinois.

Les industries alimentaires et pharmaceutiques utilisent la lumière pour détecter les contaminants et garantir la qualité. La lumière interagit avec les liaisons dans les molécules, qui résonnent à des fréquences particulières, donnant à chaque molécule une "empreinte spectrale". De nombreuses molécules et matériaux résonnent plus fortement dans l'extrémité IR du spectre, qui a de très longues longueurs d'onde de lumière - souvent plus grandes que les molécules elles-mêmes.

"Les signatures d'absorption de certaines molécules d'intérêt pour ces applications peuvent être assez faibles, et à mesure que nous passons aux matériaux à l'échelle nanométrique, il peut être très difficile de voir l'absorption à partir de volumes inférieurs à la longueur d'onde de la lumière, " a déclaré Wasserman. " C'est ici que les surfaces de notre réseau d'antennes pourraient avoir un impact significatif. "

D'autres systèmes d'antenne à l'échelle nano ne peuvent pas être réglés sur une longueur d'onde lumineuse plus longue en raison des limitations des matériaux de nano-antenne traditionnels. L'équipe de l'Illinois a utilisé des semi-conducteurs hautement dopés, développé par une technique appelée épitaxie par faisceau moléculaire qui est utilisée pour fabriquer des lasers et des détecteurs IR.

"Nous avons montré que des nanostructures fabriquées à partir de semi-conducteurs fortement dopés agissent comme des antennes dans l'infrarouge, " a déclaré Stéphanie Law, chercheur postdoctoral à l'Illinois et auteur principal de l'ouvrage. "Les antennes concentrent cette lumière à très longue longueur d'onde dans des volumes ultra-sous-longueurs d'onde, et peut être utilisé pour détecter des molécules avec des résonances d'absorption très faibles."

Les réseaux d'antennes à semi-conducteurs permettent à la lumière à grande longueur d'onde d'interagir fortement avec des échantillons à l'échelle nanométrique, ainsi, les réseaux pourraient améliorer la détection de petits volumes de matériaux avec un spectromètre IR standard - déjà un équipement courant dans de nombreux laboratoires industriels et de recherche.

Les chercheurs ont en outre démontré leur capacité à contrôler la position et la force de la résonance de l'antenne en ajustant les dimensions de la nanoantenne et les propriétés du matériau semi-conducteur.

Le groupe continuera d'explorer de nouvelles formes et structures afin d'améliorer davantage l'interaction lumière-matière à très petite échelle et d'intégrer potentiellement ces matériaux à d'autres systèmes de détection.

"Nous cherchons à intégrer ces structures d'antennes avec des dispositifs optoélectroniques pour rendre plus efficace, plus petite, composants optoélectroniques pour applications de détection et de sécurité, " a déclaré Wasserman.

L'article s'intitule « Nanoantennes plasmoniques entièrement semi-conductrices pour la détection infrarouge ».