Maintenant tu le vois, maintenant tu ne le fais plus. Dans les livres et les films, les sorciers utilisent des sorts magiques pour rendre la transparence visible.

En réalité, les matériaux avec des propriétés appelées transitions de phase peuvent réussir une astuce similaire, passant de clair à trouble en fonction de la température ou de l'application d'un champ électrique.

Une équipe multi-institutionnelle de chercheurs a développé un moyen de concevoir avec précision les températures auxquelles le dioxyde de vanadium, un matériau utilisé dans des applications de haute technologie allant des maisons aux satellites, subira une transition de phase. Leur travail, publié aujourd'hui dans la revue Lettres nano , pourrait conduire à de nouveaux types de matériaux accordables pour l'optique, camouflage et régulation thermique.

"Essentiellement, n'importe quel composant optique serait mieux s'il était accordable, " dit Mikhail Kats, auteur principal de l'étude et professeur de génie électrique et informatique à l'Université du Wisconsin-Madison.

Plutôt que de compter sur des composants mécaniques pour mettre au point un objectif de caméra ou un oculaire de télescope, un matériau accordable pourrait changer ses propriétés optiques innées à la demande.

Les scientifiques savent depuis plus de 50 ans que des substances comme le dioxyde de vanadium peuvent passer de l'opaque au transparent. Cependant, ces matériaux changent généralement dans un seul ensemble particulier de conditions, limitant leur applicabilité.

« Dans la plupart des matériaux à transition de phase, le changement se produit dans des conditions éloignées de la température ambiante, et sont donc difficiles à intégrer dans des dispositifs utiles, " dit Kats.

Les chercheurs ont non seulement changé le point de changement intrinsèque du dioxyde de vanadium de 155 degrés Fahrenheit à moins de 70 degrés, ils ont réussi à régler la transition de ce matériau à travers une variété de températures spécifiques, allant du confort intérieur typique au hamburger moyennement rare.

"Cette découverte va ouvrir de nouvelles frontières dans les dispositifs photoniques, " dit le collaborateur Shriram Ramanathan, professeur de génie des matériaux à l'Université Purdue.

En outre, parce que les propriétés optiques et physiques découlent des mêmes principes physiques sous-jacents, les conductivités thermique et électrique du dioxyde de vanadium changent également avec la transition. Ces types de matériaux pourraient être utilisés, par exemple, dans les maisons comme des murs ou des fenêtres « intelligentes » qui répondent à l'environnement.

"Les objets conçus pour émettre efficacement de la lumière à haute température mais pas à basse température pourraient être utilisés comme régulateurs de température purement passifs qui ne nécessitent pas de circuits externes ou de sources d'alimentation, " dit Kats.

Des matériaux dotés de cette polyvalence sans précédent pourraient également créer de nouveaux types de camouflage thermique.

"Des structures conçues pour émettre la même quantité de rayonnement thermique quelle que soit la température pourraient être utilisées pour cacher des objets aux caméras infrarouges, " dit Kats.

Précédemment, les chercheurs tentant de modifier les températures de transition du dioxyde de vanadium ont introduit des impuretés tout en essayant de modifier uniformément toute la surface du matériau.

Au lieu, Kats et ses collègues ont bombardé des régions spécifiques du dioxyde de vanadium avec des ions énergétiques. L'irradiation ionique crée des défauts dans les matériaux, généralement un effet secondaire involontaire. Cependant, collaborateur Carsten Ronning, professeur de physique du solide à l'université Friedrich Schiller d'Iéna en Allemagne, dit que l'avance des chercheurs capitalise sur ces défauts.

"La beauté de notre approche est que nous tirons parti des défauts 'indésirables', " il dit.

Diriger le faisceau d'ions vers des régions spécifiques d'une surface a permis aux chercheurs d'apporter des modifications à l'échelle nanométrique au matériau.

"Nous pouvons contrôler avec précision la température de transition partout sur l'échantillon, avec une précision d'environ 20 nanomètres, " dit Kats. " Nous avons pu utiliser cette méthode pour créer des matériaux efficaces qui ont plusieurs transitions de phase en même temps. "

Cette technique leur a permis de concevoir et de créer un nouveau polariseur optique qui modifie la sélectivité en fonction de la température.