Une équipe internationale de chercheurs a démontré un moyen de transporter de l'énergie lumineuse hautement confinée sur de longues distances à l'aide de réseaux étendus de nanoparticules d'or partiellement fusionnées. Cette démonstration ouvre la possibilité de nouvelles options pour le traitement de l'information en réalisant un guidage lumineux extrêmement miniaturisé et peut conduire à des avancées dans les capteurs et les systèmes de télécommunication.

"Notre approche a toute la polyvalence qu'offre la chimie des colloïdes et pourrait être utilisée pour fabriquer des réseaux optiques miniaturisés, " explique Michel Bosman de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering à Singapour.

La lumière voyage rapidement, ce qui en fait un support très attractif pour la transmission de l'information. Actuellement, les fibres optiques sont utilisées pour transporter des signaux optiques sur de longues distances, mais ils ne conviennent pas aux petites échelles car leurs dimensions ne peuvent pas être réduites bien au-dessous de la longueur d'onde de la lumière. Une approche prometteuse consiste à utiliser des oscillations d'électrons induites par la lumière (appelées plasmons de surface) sur des nanoparticules, mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de coupler des plasmons entre un grand nombre de nanoparticules en contact.

Bosman, avec des collaborateurs du CEMES en France et de Bristol au Royaume-Uni, a conçu un moyen de propager des plasmons de surface sur de longues chaînes de nanoparticules d'or. Cela leur a permis de miniaturiser le transport de lumière très confinée sur des distances suffisamment longues pour être utiles pour les circuits optiques.

Les chercheurs ont synthétisé des nanoparticules d'or de 12 nanomètres de diamètre et les ont auto-assemblées en réseaux en ajoutant le composé mercaptoéthanol. Ils ont ensuite « soudé » les nanoparticules ensemble en les irradiant avec un faisceau d'électrons à haute énergie.

L'équipe a étudié les propriétés de propagation de la lumière des réseaux à l'aide d'une technique connue sous le nom de spectroscopie de perte d'énergie électronique. Ces mesures ont démontré que les réseaux forment des voies le long desquelles l'énergie lumineuse peut voyager sous forme de plasmons de surface (voir image).

Les résultats étaient beaucoup plus clairs que ce que les chercheurs attendaient. "Nous avons été surpris de voir que les plasmons de surface n'étaient pas beaucoup fragilisés par les joints de grains qui existent entre les nanoparticules voisines, " dit Bosman. "Nos réseaux contiennent des centaines de joints de grains, et pourtant les plasmons de surface oscilleraient à travers eux la plupart du temps sans entrave. »

À l'avenir, l'équipe espère produire des réseaux de concepteurs utilisant leurs nanoparticules. "Actuellement, nous ne pouvons pas contrôler en détail la conception de nos réseaux de nanoparticules, " dit Bosman. "Nous avons l'intention de combiner notre technique avec la lithographie pour obtenir un contrôle total sur leur longueur et leur forme et former des réseaux optiques conçus avec des nanoparticules colloïdales comme blocs de construction."