Les propriétés optiques d'un matériau sont principalement déterminées par ses atomes et électrons constitutifs et la manière dont ceux-ci réagissent aux ondes électromagnétiques. En matières naturelles, la diversité des caractéristiques optiques possibles est limitée, et ainsi les métamatériaux - des structures artificielles conçues pour contrôler la propagation de la lumière - offrent l'espoir d'une pléthore de nouvelles applications optiques.

Arseniy Kuznetsov et Boris Luk'yanchuk à l'Institut de stockage de données A*STAR, Singapour, et leurs collaborateurs, ont maintenant créé un nouveau type de métamatériau tridimensionnel qui peut influencer à la fois les parties électriques et magnétiques de la lumière visible. Leur approche offre un moyen simple de construire des dispositifs inhabituels tels que des capes optiques, qui permettent « l'invisibilité », et des hyperlentilles qui offrent une super-résolution.

Les métamatériaux sont des ensembles de structures métalliques sous-longueur d'onde appelées méta-atomes, qui ont été conçus pour imiter les atomes et leur interaction avec la lumière. "Les métamatériaux offrent une nouvelle voie pour contrôler la lumière à l'échelle nanométrique, " explique Luk'yanchuk. " Ils ouvrent la voie à de nouveaux éléments optiques dotés de fonctionnalités uniques qui ne peuvent être obtenues avec des matériaux naturels. "

Une approche courante adoptée par les chercheurs en métamatériaux optiques consiste à construire des méta-atomes à partir d'anneaux de métal contenant chacun une petite cassure. Ces résonateurs dits à anneau fendu doivent mesurer quelques centaines de nanomètres ou moins pour fonctionner avec la lumière visible, et toutes les imperfections physiques limitent sévèrement leurs performances.

La conception d'un résonateur à anneau fendu possédant à la fois les propriétés électriques et magnétiques requises pour interagir avec ces deux composants différents des ondes électromagnétiques s'est également avérée un défi. "La résonance magnétique aux fréquences visibles n'a pas pu être obtenue avec un standard, conceptions de résonateur à anneau fendu plat, " dit Luk'yanchuk.

Maintenant, L'équipe de Kuznetsov et Luk'yanchuk a montré qu'une version tridimensionnelle de cette structure, le résonateur à billes fendues, pouvait conduire à des métamatériaux presque sans défaut avec une forte réponse électrique et magnétique.

En utilisant des techniques standard de nanofabrication, les chercheurs ont d'abord créé un réseau de disques d'or ou d'argent sur un substrat. Ils ont ensuite tiré un laser à haute puissance sur chaque disque afin qu'il fonde pour former une gouttelette liquide, qui s'est solidifié en une sphère parfaite, éliminant ainsi les défauts. Finalement, l'équipe a utilisé un faisceau d'ions d'hélium pour graver une tranchée dans chaque nanosphère (voir image).

Les chercheurs ont confirmé que leurs résonateurs à billes affichaient une résonance magnétique dans le spectre visible, démontrant une capacité renforcée à « régler » les réponses optiques des métamatériaux.

À l'avenir, les chercheurs pourraient utiliser la même méthode pour modéliser des caractéristiques tridimensionnelles plus complexes sur les méta-atomes, ce qui permettrait des manières encore plus complexes de manipuler la lumière.