Une nouvelle méthode de construction de matériaux utilisant la lumière, développé par des chercheurs de l'Université de Cambridge, pourrait un jour permettre des technologies qui sont souvent considérées comme le royaume de la science-fiction, tels que les capes d'invisibilité et les dispositifs de dissimulation.

Bien que les vaisseaux spatiaux masqués ne soient pas une réalité avant un certain temps, la technique que les chercheurs ont développée pour construire des matériaux avec des blocs de construction de quelques milliardièmes de mètre de diamètre peut être utilisée pour contrôler la façon dont la lumière les traverse, et travaille sur de gros morceaux à la fois. Les détails sont publiés aujourd'hui (28 juillet) dans le journal Communication Nature .

La clé de toute sorte d'effet « d'invisibilité » réside dans la manière dont la lumière interagit avec un matériau. Quand la lumière frappe une surface, il est soit absorbé, soit réfléchi, c'est ce qui nous permet de voir les objets. Cependant, par des matériaux d'ingénierie à l'échelle nanométrique, il est possible de produire des « métamatériaux » :des matériaux capables de contrôler la manière dont la lumière interagit avec eux. La lumière réfléchie par un métamatériau est réfractée de la « mauvaise » manière, rendant potentiellement les objets invisibles, ou les faire apparaître comme autre chose.

Les métamatériaux ont un large éventail d'applications potentielles, y compris la détection et l'amélioration de la technologie militaire furtive. Cependant, avant que les dispositifs de dissimulation ne deviennent une réalité à plus grande échelle, les chercheurs doivent déterminer comment fabriquer les bons matériaux à l'échelle nanométrique, et l'utilisation de la lumière s'avère maintenant être d'une grande aide dans une telle nano-construction.

La technique développée par l'équipe de Cambridge consiste à utiliser une lumière laser non focalisée sous forme de milliards d'aiguilles, assemblage de nanoparticules d'or en longues cordes, directement dans l'eau pour la première fois. Ces cordes peuvent ensuite être empilées en couches les unes sur les autres, similaire aux briques Lego. Le procédé permet de produire des matériaux en quantités beaucoup plus importantes que ce qui peut être fait par les techniques actuelles.

Pour faire les cordes, les chercheurs ont d'abord utilisé des molécules en forme de tonneau appelées cucurbiturilles (CB). Les CB agissent comme des espaceurs miniatures, permettant une très grande maîtrise de l'espacement entre les nanoparticules, les verrouiller en place.

Afin de les connecter électriquement, les chercheurs avaient besoin de construire un pont entre les nanoparticules. Les techniques de soudage conventionnelles ne seraient pas efficaces, car ils font fondre les particules. "Il s'agit de trouver un moyen de contrôler ce pont entre les nanoparticules, " a déclaré le Dr Ventsislav Valev du Laboratoire Cavendish de l'Université, l'un des auteurs de l'article. « Joindre quelques nanoparticules ensemble, c'est bien, mais la mise à l'échelle est un défi."

La clé du contrôle des ponts réside dans les cucurbiturilles :l'espacement précis entre les nanoparticules permet beaucoup plus de contrôle sur le processus. Lorsque le laser est focalisé sur les chaînes de particules dans leurs échafaudages CB, il produit des plasmons :ondulations d'électrons à la surface des métaux conducteurs. Ces électrons sautant concentrent l'énergie lumineuse sur les atomes à la surface et les rejoignent pour former des ponts entre les nanoparticules. L'utilisation de lasers ultrarapides entraîne la formation de milliards de ces ponts en succession rapide, enfiler les nanoparticules dans de longues ficelles, qui peut être suivi en temps réel.

"Nous avons contrôlé les dimensions d'une manière qui n'était pas possible auparavant, " a déclaré le Dr Valev, qui a travaillé avec des chercheurs du Département de chimie et du Département de science des matériaux et métallurgie sur le projet. "Ce niveau de contrôle ouvre un large éventail d'applications pratiques potentielles."