(a) Lorsqu'une source lumineuse est placée à l'intérieur de la métacage (ici, sous la forme de l'Australie), le rayonnement est contenu à l'intérieur. (b) Lorsqu'une source lumineuse est située à l'extérieur de la métacage, le rayonnement ne peut pas entrer. Crédit :Mirzaei, et al. ©2015 Société américaine de physique
(Phys.org) - Les physiciens ont construit une cage à nanofils qui empêche une ou plusieurs longueurs d'onde de lumière d'entrer ou de s'échapper, permet encore aux liquides et aux gaz de passer à travers les petits espaces entre les nanofils. La "métacage optique" tire parti des propriétés optiques des structures nanofilaires, et pourrait avoir des applications, notamment la protection des micro-organismes contre les rayonnements, blindage optique des composants nanophotoniques, et l'administration de médicaments par laser.
Les chercheurs, Ali Mirzaei, et al., à l'Université nationale australienne, ont publié un article sur la métacage optique dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .
"Nous avons introduit une nouvelle classe de structures de blindage optique et électromagnétique à base de nanofils, " Mirzaei a dit Phys.org . « Ces structures, que nous appelons métacages, peut fournir un blindage électromagnétique à bande large ou étroite. Remarquablement, les métacages peuvent être conçues avec de grands écarts entre les nanofils, avec suffisamment d'espace pour que les liquides et les gaz puissent passer librement. La nature discrète des métacages offre une grande flexibilité dans la conception de structures de blindage de formes presque arbitraires."
À certains égards, la métacage optique est semblable à une cape d'invisibilité, puisque les deux types d'appareils protègent les objets des rayonnements électromagnétiques. Cependant, la métacage optique reste visible, contrairement aux capes d'invisibilité. Contrairement aux capes d'invisibilité, la métacage optique peut protéger des objets de forme arbitraire, ce que les scientifiques ont démontré en construisant une métacage en forme d'Australie.
(a) La séparatrice divise la région 1 (où la lumière est absorbée par le nanofil) et la région 2 (où la lumière circule autour du nanofil). (b) Réseau de nanofils multicouches avec un petit espace entre eux. (c) La lumière est bloquée par une chaîne unidimensionnelle de nanofils dont les séparatrices se chevauchent. (d) Les nanofils protègent un volume clos, qui peut avoir une forme presque arbitraire. Crédit :Mirzaei, et al. ©2015 Société américaine de physique
La métacage optique peut être constituée de différents types de nanofils (semi-conducteurs, céramique, ou métaux) avec des nombres de couches différents, y compris les structures à deux et trois couches. Les nanofils sont espacés de sorte que les espaces entre eux soient approximativement de la taille du rayon du nanofil. La lumière ne peut pas traverser ces espaces car les nanofils absorbent la lumière qui se trouve dans cette plage proche. Les lignes de démarcation entre la région où la lumière est suffisamment proche pour être absorbée par le nanofil et la région où elle circule autour du nanofil sans être absorbée sont appelées "séparatrices".
Afin d'empêcher la lumière de traverser la métacage, les nanofils eux-mêmes ne doivent pas se chevaucher, mais les séparatrices des nanofils adjacents doivent se chevaucher. C'est pourquoi la métacage peut présenter des lacunes tout en bloquant la transmission de la lumière. Le calcul des séparatrices nécessite de prendre en compte non seulement les nanofils individuels, mais aussi les interactions entre plusieurs nanofils.
La métacage optique peut être conçue pour bloquer une large gamme de longueurs d'onde en ajustant la taille des espaces. En diminuant la taille de l'intervalle à environ 5-20 nm, les chercheurs ont montré qu'il était possible de protéger des bandes passantes allant jusqu'à 600 nm, qui est assez grand pour protéger toute la plage visible. Les métacages peuvent également être conçues pour bloquer simultanément deux longueurs d'onde différentes (telles que 440 nm et 600 nm), tout en laissant passer la lumière d'autres longueurs d'onde.
Bien que ces écarts soient relativement faibles, ils sont assez grands pour laisser passer les molécules de liquide et de gaz. Cette capacité rend les métacages prometteuses pour des applications biologiques, où ils peuvent être utilisés pour protéger les micro-organismes vivants et les cellules contre les rayonnements, tout en permettant aux nutriments et à l'eau d'entrer pour garder les êtres vivants en vie.
Les métacages pourraient également être utilisées dans des circuits optiques, où ils pourraient isoler optiquement les composants du circuit afin d'éliminer les interférences indésirables. Une autre application potentielle est l'administration de médicaments, où des cages contenant des médicaments pourraient être utilisées pour la libération contrôlée de médicaments.
À l'avenir, les chercheurs prévoient d'approfondir ces applications et de concevoir de nouvelles configurations de métacages.
"L'idée de superposer les séparatrices et de bloquer la propagation des ondes par des réseaux de nanofils peut être étendue à d'autres nanostructures, comme les nanosphères, pouvant former des métacages 3D complètes, " a déclaré Mirzaei.
© 2015 Phys.org
