(Phys.org) —Dans le 4 ^e siècle, les Romains ont construit une coupe en verre spéciale, appelé la coupe de Lycurgue, qui change de couleur en fonction de la façon dont la lumière le traverse. Le verre est fait de poudre d'argent et d'or finement broyée qui produit un effet dichroïque, ou changeant de couleur, effet. Bien que les fabricants de la coupe Lycurgus ne connaissaient probablement pas le mécanisme responsable du changement de couleur du verre, aujourd'hui, les scientifiques reconnaissent le mécanisme comme la résonance plasmonique de surface, et c'est un phénomène qui continue de susciter un grand intérêt scientifique.

Dans une nouvelle étude publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , Yunuen Montelongo, et al., à l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, ont utilisé la résonance plasmonique de surface comme une nouvelle façon de construire des hologrammes. Semblable à la coupe de Lycurgue, les nouveaux hologrammes peuvent changer de couleur en raison de la diffusion de la lumière par des nanoparticules d'argent de tailles et de formes spécifiques. En raison de leur capacité à créer simultanément deux couleurs et à stocker de grandes quantités d'informations, les nouveaux hologrammes pourraient avoir des applications dans les écrans 3D et les dispositifs de stockage d'informations, entre autres.

"Cette expérience s'inspire des propriétés optiques uniques de la coupe de Lycurgue, " Montelongo a dit Phys.org . "Cette pièce exceptionnelle change de couleur en fonction de la position de la source lumineuse. Si elle est éclairée d'un côté, elle paraît verte, mais s'il est éclairé de l'autre, il devient rouge. Contrairement à d'autres effets dichroïques produits par certains cristaux, comme les opales précieuses, les effets colorés de la coupe de Lycurgue dépendent peu de la position de l'observateur. En réalité, le dichroïsme trouvé dans la coupe de Lycurgue a une origine différente de celle des cristaux et jusqu'à présent, cet "effet plasmonique" n'a pas été observé dans les matériaux naturels."

Bien qu'il existe plusieurs façons de construire des hologrammes, presque tous les hologrammes traditionnels sont monochromes, et les hologrammes multicolores qui existent sont confrontés à des limitations. Par exemple, il n'existe aucune méthodologie capable de produire des hologrammes multicolores à partir d'une surface.

Ici, les chercheurs ont démontré qu'il est possible de construire des hologrammes multicolores à partir d'un seul plan. Les nouveaux hologrammes sont constitués de nanoparticules d'argent conçues avec précision et modelées sur un substrat.

Une différence clé dans les nouveaux hologrammes est la plus petite taille des franges de diffraction, qui contrôlent l'interférence de longueur d'onde lumineuse. Dans les hologrammes traditionnels, ces franges sont plus grandes que la moitié de la longueur d'onde de la lumière. En revanche, les franges sont ici remplacées par des nanoparticules plus petites que la moitié de la longueur d'onde de la lumière. Les chercheurs ont montré que la diffraction à bande plus étroite, qui crée les effets colorés, est produit par diffusion optique plasmonique des nanostructures.

La distance inférieure à la longueur d'onde offre certains avantages. Par exemple, deux types différents de nanoparticules plasmoniques peuvent être multiplexés, ou combinés mais non couplés, à des distances inférieures à la longueur d'onde. En utilisant des nanoparticules d'argent de différentes formes et tailles, les chercheurs pouvaient contrôler les couleurs.

En plus de fournir plusieurs couleurs, le multiplexage de deux nanoparticules a l'avantage d'augmenter les limites d'information de bande passante. Les chercheurs ont montré que chaque nanoparticule porte des informations indépendantes, comme la polarisation et la longueur d'onde, qui peuvent être contrôlés simultanément. Avec deux fois plus de nanoparticules, la quantité totale d'informations binaires stockées peut dépasser les limites traditionnelles de diffraction.

"Il a été démontré que les nanoparticules aux propriétés résonantes peuvent être découplées sur des distances inférieures à la longueur d'onde afin que leurs champs électromagnétiques aient une interaction minimale, " Montelongo a déclaré. " Le dispositif présenté démontre que ces nanoparticules peuvent stocker et transférer des informations indépendantes au-delà des limites de diffraction, ce qui contraste avec les structures non résonantes. En raison de la nature de ce phénomène, il a été possible de démontrer, pour la première fois, un hologramme qui projette des images couleur à 180 degrés. Cette projection est si large qu'il n'est même pas possible de l'afficher dans un avion, et une sphère diffusante doit être utilisée."

Ces caractéristiques rendent le nouvel hologramme très attrayant pour de futures applications.

« Outre l'application évidente dans le remplacement des « hologrammes arc-en-ciel » typiques des cartes de crédit et autres éléments de sécurité, ce phénomène peut être utilisé pour la projection d'images sur des sphères, ce qui n'a pas encore été réalisé avec des optiques conventionnelles, " a déclaré le coauteur Calum Williams à l'Université de Cambridge. " En outre, ce concept peut être appliqué comme base pour produire des affichages couleur tridimensionnels dynamiques. Dans le domaine de l'informatique, ces configurations holographiques pourraient stocker des informations dans des zones de sous-longueur d'onde. Cela signifie que les périphériques de stockage de données optiques tels que les CD, Les DVD ou Blu-ray pourraient potentiellement étendre leurs limites de stockage."

Les chercheurs prévoient d'approfondir ces applications et d'autres à l'avenir.

"Les recherches futures se concentrent sur l'étude des mécanismes de réglage de l'effet plasmonique pour les applications d'affichage, " Montelongo a déclaré. " L'objectif principal est l'intégration de nouveaux schémas de modulation pour produire des écrans ultra-minces et des hologrammes dynamiques. "

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