Progrès dans le développement de dispositifs nanophotoniques capables de résister à des températures élevées et à des conditions difficiles pour des applications telles que le stockage de données, sentir, les soins de santé et l'énergie dépendront de l'adoption par la communauté de la recherche et l'industrie de nouveaux matériaux « céramiques plasmoniques », selon un commentaire cette semaine dans le journal Science .

Dans une approche nanophotonique prometteuse - la plasmonique - des nuages ​​d'électrons appelés plasmons de surface sont utilisés pour manipuler et contrôler la lumière à l'échelle nanométrique. Les dispositifs plasmoniques en cours de développement reposent souvent sur l'utilisation de métaux tels que l'or et l'argent, qui ne sont pas pratiques pour la plupart des applications industrielles car ils ne peuvent pas résister à un chauffage extrême et à d'autres conditions difficiles. Ils ne sont pas non plus compatibles avec le procédé de fabrication complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) utilisé pour construire des circuits intégrés.

Désormais, les chercheurs proposent l'utilisation de céramiques plasmoniques telles que le nitrure de titane et le nitrure de zirconium à la place de l'or et de l'argent.

"Nous avons récemment montré que les céramiques plasmoniques offrent des propriétés similaires à l'or mais présentent des avantages que ces métaux nobles n'ont pas, " a déclaré Alexandra Boltasseva, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université Purdue.

Elle a co-écrit un article Perspectives cette semaine dans Science avec Vladimir M. Chalaev, directeur scientifique de la nanophotonique au Birck Nanotechnology Center de Purdue et éminent professeur de génie électrique et informatique.

Les matériaux céramiques plasmoniques sont prometteurs pour diverses avancées potentielles, y compris un enregistrement et un stockage de données beaucoup plus denses que ce qui est actuellement possible ; capteurs capables de résister à des températures élevées pour les industries pétrolières et gazières; de nouveaux types de systèmes de collecte de lumière et de valorisation énergétique des déchets; circuits électroniques qui exploitent la lumière pour traiter l'information; et le traitement du cancer.

« Il ne faudra peut-être que quelques années avant que nous ayons des appareils et de nouvelles fonctionnalités rendus possibles par la plasmonique, " a déclaré Boltasseva.

Shalaev et Boltasseva ont formé Nano-Meta Technologies Inc. dans le Purdue Research Park, et travaillent au développement d'une nouvelle technologie pour l'enregistrement de données dans les disques durs d'ordinateurs basée sur l'enregistrement magnétique assisté par la chaleur, ou HAMR ; solaire thermophotovoltaïque, dans lequel une couche ultrafine de « métamatériaux » plasmoniques pourrait améliorer l'efficacité des cellules solaires ; et une nouvelle approche thérapeutique clinique utilisant des nanoparticules pour le traitement du cancer.

HAMR pourrait permettre d'enregistrer des données à une échelle sans précédent à l'aide de "nanoantennes" et augmenter de 10 à 100 fois la quantité de données pouvant être stockées sur un disque magnétique standard, dit Chalaïev.

En cancérologie, des nanoparticules sont injectées dans la circulation sanguine et s'agrègent autour des tumeurs. Lorsqu'il est exposé à une source lumineuse, ils chauffent, tuer les cellules cancéreuses. Cependant, les particules d'or présentent un défi car elles doivent être façonnées en des formes géométriques spécifiques telles que des "nanoshells, " ou ils ne fonctionneront pas.

"Mais avec le nitrure de titane, nous pouvons utiliser des particules simples et petites comme des nanosphères, et ils fonctionneront aussi bien que les géométries complexes requises pour l'or, " a déclaré Boltasseva.

D'autres applications potentielles incluent de minuscules photodétecteurs et des interconnexions lumineuses et des modulateurs suffisamment petits pour tenir sur des puces électroniques.