Des chercheurs du FOM Institute AMOLF et de Philips Research ont conçu et fabriqué un nouveau type d'antenne nanométrique. Les nouvelles antennes ressemblent à des pyramides, plutôt que les piliers droits plus couramment utilisés. La forme pyramidale améliore l'interférence entre les champs magnétiques et électriques de la lumière. Cela rend l'antenne en forme de pyramide capable d'améliorer l'émission de lumière et de diffuser différentes couleurs de lumière dans des directions opposées. Cette découverte pourrait conduire à des dispositifs électroluminescents (DEL) plus efficaces. Les chercheurs ont publié leurs résultats en ligne le 12 décembre 2014 dans Lettres d'examen physique .

Antennes individuelles

Une antenne nanométrique droite répondra principalement au champ électrique de la lumière. Cela signifie que les effets du champ magnétique de la lumière, qui détient la moitié de l'énergie de la lumière, sont ignorés. Pendant longtemps, cela n'a pas été considéré comme un problème pouvant être résolu, car la plupart des métaux utilisés pour fabriquer les antennes ne répondent de toute façon pas au champ magnétique de la lumière.

Cela a changé récemment, en raison des développements rapides de la recherche sur les métamatériaux. Ce qui semblait impossible dans le passé – fabriquer des antennes qui répondent fortement au champ magnétique de la lumière – peut désormais être réalisé en structurant les métaux à l'échelle nanométrique.

Avec ces idées en tête, les chercheurs de l'AMOLF et de Philips ont construit l'antenne en forme de pyramide. En concevant soigneusement la hauteur et l'inclinaison des parois latérales de l'antenne, les chercheurs ont découvert que la réponse au champ magnétique de la lumière est presque aussi forte que la réponse au champ électrique de la lumière.

Antennes dans un réseau

Après avoir été témoin des effets décrits dans des antennes nanométriques individuelles, les chercheurs sont allés encore plus loin et ont placé plusieurs antennes en forme de pyramide dans un réseau. L'effet que les antennes ont les unes sur les autres s'avère assez frappant. A certaines longueurs d'onde (couleurs) de la lumière, les antennes peuvent se coupler via la lumière diffusée à la surface du réseau. Cela rend le groupe d'antennes plus efficace pour rayonner de la lumière que la somme des antennes individuelles. En outre, le réseau d'antennes peut fonctionner collectivement à une longueur d'onde, tandis qu'en même temps les antennes fonctionnent individuellement à une longueur d'onde différente. Ainsi, le même réseau d'antennes en forme de pyramide peut projeter une lumière d'une certaine couleur vers le haut, et d'une couleur différente vers le bas.

Applications

Le réseau d'antennes en forme de pyramide à l'échelle nanométrique a un grand potentiel pour l'amélioration des LED. Actuellement, de nombreuses LED sont conçues pour émettre de la lumière dans une direction, par exemple uniquement « vers le haut ». De telles LED sont utilisées par exemple dans l'éclairage automobile ou l'éclairage par projecteurs. Malheureusement, le matériau électroluminescent à l'intérieur d'une LED émet de la lumière avec des intensités égales à la fois vers le haut et vers le bas. Puisque seule l'émission « vers le haut » est utile, le gyrophare doit être recyclé en ajoutant plusieurs éléments optiques, comme les miroirs, à la LED. Ces éléments rendent la LED encombrante et moins performante, car une partie de la lumière est inévitablement perdue pendant le processus de recyclage.

L'intégration des antennes en forme de pyramide dans la LED a un grand potentiel pour surmonter ces inconvénients. Les antennes en forme de pyramide sont capables de diffuser sélectivement une couleur de lumière vers le haut. Si une couleur indésirable est présente, cela peut être rayonné vers le bas. Ce développement pourrait grandement améliorer l'efficacité des LED simples et améliorer l'intégration des LED dans les systèmes d'éclairage combinés.