Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé un film diélectrique qui possède des propriétés optiques et électriques similaires à celles de l'air, mais est suffisamment solide pour être incorporé dans des appareils électroniques et photoniques, ce qui les rend à la fois plus efficaces et plus stables mécaniquement.

Le problème est quelque chose appelé indice de réfraction, qui mesure la quantité de lumière qui se courbe lorsqu'elle se déplace à travers une substance. Air, par exemple, a un indice de réfraction de 1, tandis que l'eau a un indice de réfraction de 1,33 - c'est pourquoi une paille semble se plier lorsque vous la mettez dans un verre d'eau.

Les dispositifs photoniques nécessitent un contraste élevé entre ses matériaux constitutifs, avec certains composants ayant un indice de réfraction élevé et d'autres un faible. Plus le contraste entre ces matériaux est élevé, plus le dispositif photonique est efficace - et mieux il est performant. L'air a l'indice de réfraction le plus bas, mais il n'est pas stable mécaniquement. Et l'indice de réfraction le plus bas trouvé dans le solide, matériaux naturels est de 1,39.

Mais maintenant, les chercheurs ont développé un film en oxyde d'aluminium qui a un indice de réfraction aussi bas que 1,025 mais qui est mécaniquement rigide.

"En manipulant la structure de l'oxyde d'aluminium, qui est diélectrique, nous avons amélioré ses propriétés optiques et mécaniques, " dit Chih-Hao Chang, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State. Les diélectriques sont des matériaux isolants qui sont utilisés dans une vaste gamme de produits de consommation. Par exemple, chaque appareil portable a des centaines de condensateurs, qui sont des composants diélectriques qui peuvent stocker et gérer la charge électrique.

"La clé de la performance du film est l'espacement très ordonné des pores, ce qui lui confère une structure plus robuste mécaniquement sans altérer l'indice de réfraction, " dit Xu Zhang, auteur principal de l'article et titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State.

Les chercheurs fabriquent le film en utilisant d'abord une nanolithographie développée dans le laboratoire de Chang pour créer des pores hautement ordonnés dans un substrat polymère. Ce polymère poreux sert alors de gabarit, que les chercheurs enduisent d'une fine couche d'oxyde d'aluminium par dépôt de couche atomique. Le polymère est ensuite brûlé, laissant derrière lui un revêtement d'oxyde d'aluminium tridimensionnel.

"Nous sommes capables de contrôler l'épaisseur de l'oxyde d'aluminium, créer un revêtement entre deux nanomètres et 20 nanomètres d'épaisseur, " dit Zhang. " En utilisant de l'oxyde de zinc dans le même processus, nous pouvons créer un revêtement plus épais. Et l'épaisseur du revêtement contrôle et nous permet de concevoir l'indice de réfraction du film." Quelle que soit l'épaisseur du revêtement, le film lui-même a une épaisseur d'environ un micromètre.

« Les étapes du processus sont potentiellement évolutives, et sont compatibles avec les procédés de fabrication de puces existants, ", dit Chang. "Nos prochaines étapes incluent l'intégration de ces matériaux dans des dispositifs optiques et électroniques fonctionnels."