La courbe bleue montre la baisse attendue de la densité d'énergie en fonction de la profondeur de pénétration, le rouge est la courbe améliorée introduisant beaucoup plus d'énergie à l'intérieur de la couche
Lumière se propageant dans une couche de nanoparticules diffusantes, montre le principe de diffusion - comme des particules de thé dans l'eau chaude. La lumière plus profonde pénètre dans la couche, plus la densité d'énergie est faible. Les scientifiques du groupe de photonique complexe de l'Université de Twente, cependant, réussir à transformer cette courbe de diffusion descendante en courbe ascendante, en manipulant la lumière incidente. Plus d'énergie lumineuse à l'intérieur d'une couche opaque, est le résultat, ce qui pourrait conduire à des cellules solaires ou à des LED avec de meilleurs rendements. Les résultats sont publiés dans Nouveau Journal de Physique .
Même dans un milieu caractérisé par l'aléatoire, comme une collection de particules non organisées qui diffusent toutes la lumière, la diffusion nette de la lumière est uniforme. Ceci est typique de la diffusion, un phénomène auquel des physiciens comme Albert Einstein et Adolf Fick s'intéressaient déjà. Nous pouvons l'observer tout autour de nous.
L'aléatoire dans les expériences UT existe d'une couche de peinture blanche. La lumière qui tombe sur la collection de particules d'oxyde de zinc dont est faite la peinture, seront diffusés par les particules. Il commencera à interférer avec la lumière, diffusé par les particules voisines. Néanmoins, il s'étalera de manière uniforme. Théoriquement, la densité d'énergie montrera une décroissance linéaire avec la profondeur de pénétration. Les scientifiques du Complex Photonics Group (MESA+ Institute for Nanotechnology) n'ont pas tenu cela pour acquis et ont travaillé sur un moyen de transformer la courbe descendante en courbe ascendante, augmentant ainsi le niveau d'énergie à l'intérieur de la couche. En suivant la courbe de diffusion fondamentale, la densité d'énergie augmente jusqu'à la moitié de la couche puis diminue.
Montage expérimental de mesure de la lumière tombant et se déplaçant à travers une couche opaque, en utilisant la microscopie à fluorescence pour surveiller les résultats.
Mais comment faire cela sans altérer le calque ? Et comment regarder à l'intérieur de la couche opaque pour vérifier si cela fonctionne ? Tout d'abord, les scientifiques ne modifient pas la couche, mais la lumière. Leur technique de « mise en forme de front d'onde » qui a été développée plus tôt, laisse la possibilité de programmer les ondes lumineuses de manière à ce qu'elles choisissent les meilleurs chemins et montrent une tache lumineuse brillante à l'arrière de la couche. Cette technique convient également au contrôle actif du processus de diffusion. Mais comment prouver que la lumière se déplace selon la courbe souhaitée ? Les scientifiques mélangent les particules de peinture avec des sphères fluorescentes de taille nanométrique qui agissent comme des reporters à l'intérieur de la couche. Les niveaux d'énergie locaux à l'intérieur de la couche sont représentés par les sphères fluorescentes émettant de la lumière, avec une caméra très sensible à l'arrière de la couche mesurant l'intensité fluorescente totale.
Les niveaux d'énergie mesurés concordent fortement avec la courbe de diffusion améliorée. Ainsi, beaucoup plus d'énergie lumineuse peut être introduite dans un milieu de diffusion. Dans les cellules solaires, plus de lumière serait disponible pour la conversion en énergie électrique. Les LED blanches peuvent être rendues plus rentables, et de meilleurs lasers à haut rendement peuvent être développés. Dans les applications médicales, un meilleur contrôle de l'éclairage des tissus est possible. Tout d'abord, les scientifiques prouvent qu'il est possible de « tromper » la lumière à l'intérieur de supports complexes, ce qui est tout un défi.
