Les chercheurs ont testé une nouvelle technique d'impression et d'imagerie en couleur et en infrarouge avec cette image d'un perroquet. L'incrustation montre comment un schéma de couleurs RVB simple a été créé en construisant des rectangles de longueurs variables pour chacune des couleurs, ainsi que des nanocubes individuels sur un film d'or qui créent l'élément plasmonique. Crédit :imageBROKER / Alamy Banque D'Images
Les chercheurs de l'université Duke pensent avoir surmonté un obstacle de longue date pour produire moins cher, des moyens plus robustes d'imprimer et d'imager dans une gamme de couleurs s'étendant jusqu'à l'infrarouge.
Comme toute crevette mante vous le dira, il existe une large gamme de "couleurs" le long du spectre électromagnétique que les humains ne peuvent pas voir mais qui fournissent une mine d'informations. Les capteurs qui s'étendent dans l'infrarouge peuvent, par exemple, identifier des milliers de plantes et de minéraux, diagnostiquer les mélanomes cancéreux et prévoir les conditions météorologiques, simplement par le spectre de lumière qu'ils reflètent.
Les technologies d'imagerie actuelles capables de détecter les longueurs d'onde infrarouges sont coûteuses et encombrantes, nécessitant de nombreux filtres ou des montages complexes devant un photodétecteur infrarouge. La nécessité d'un mouvement mécanique dans de tels dispositifs réduit leur durée de vie prévue et peut être un handicap dans des conditions difficiles, telles que celles subies par les satellites.
Dans un nouveau journal, une équipe d'ingénieurs de Duke révèle une technique de fabrication qui promet d'apporter une forme simplifiée d'imagerie multispectrale à l'usage quotidien. Parce que le processus utilise des matériaux et des techniques de fabrication existants qui sont peu coûteux et facilement évolutifs, il pourrait révolutionner n'importe quelle industrie où l'imagerie ou l'impression multispectrale est utilisée.
Les résultats paraissent en ligne le 14 décembre dans la revue Matériaux avancés .
"Il est difficile de créer des capteurs capables de détecter à la fois le spectre visible et l'infrarouge, " a déclaré Maiken Mikkelsen, le professeur assistant Nortel Networks de génie électrique et informatique et de physique à Duke.
"Traditionnellement, vous avez besoin de différents matériaux qui absorbent différentes longueurs d'onde, et ça coûte très cher, " a déclaré Mikkelsen. " Mais avec notre technologie, les réponses des détecteurs sont basées sur les propriétés structurelles que nous concevons plutôt que sur les propriétés naturelles d'un matériau. Ce qui est vraiment excitant, c'est que nous pouvons associer cela à un schéma de photodétecteur pour combiner l'imagerie à la fois dans le spectre visible et dans l'infrarouge sur une seule puce."
La nouvelle technologie repose sur la plasmonique, c'est-à-dire l'utilisation de phénomènes physiques à l'échelle nanométrique pour piéger certaines fréquences de lumière.
Gros plan sur l'image colorée du perroquet imprimée sur une fine plaquette d'or à l'aide de la nouvelle technologie basée sur les nanocubes. Les couleurs apparaissent à cause de l'or sous-jacent, ainsi que les difficultés que les caméras typiques ont à imager la nouvelle technologie. Crédit :Maiken Mikkelsen, université de Duke
Les ingénieurs façonnent des cubes d'argent d'à peine 100 nanomètres de large et les placent à quelques nanomètres seulement au-dessus d'une fine feuille d'or. Lorsque la lumière entrante frappe la surface d'un nanocube, il excite les électrons de l'argent, piégeant l'énergie de la lumière, mais seulement à une certaine fréquence.
La taille des nanocubes d'argent et leur distance de la couche de base d'or détermine cette fréquence, tout en contrôlant l'espacement entre les nanoparticules permet de régler la force de l'absorption. En adaptant précisément ces espacements, les chercheurs peuvent faire en sorte que le système réponde à n'importe quelle couleur spécifique qu'ils souhaitent, depuis les longueurs d'onde visibles jusqu'à l'infrarouge.
Le défi auquel sont confrontés les ingénieurs est de savoir comment construire un appareil utile qui pourrait être suffisamment évolutif et peu coûteux pour être utilisé dans le monde réel. Pour ça, Mikkelsen s'est tournée vers son équipe de recherche, dont l'étudiant diplômé Jon Stewart.
"Des types de matériaux similaires ont déjà été démontrés, mais ils ont tous utilisé des techniques coûteuses qui ont empêché la technologie de passer au marché, " a déclaré Stewart. " Nous avons mis au point un schéma de fabrication qui est évolutif, n'a pas besoin de salle blanche et évite d'utiliser des machines à des millions de dollars, tout en atteignant des sensibilités de fréquence plus élevées. Cela nous a permis de faire des choses sur le terrain qui n'avaient jamais été faites auparavant."
Pour construire un détecteur, Mikkelsen et Stewart ont utilisé un processus de gravure légère et d'adhésifs pour modeler les nanocubes en pixels contenant différentes tailles de nanocubes d'argent, et donc chacun sensible à une longueur d'onde spécifique de la lumière. Lorsque la lumière entrante frappe le réseau, chaque zone réagit différemment selon la longueur d'onde de la lumière à laquelle elle est sensible. En découvrant comment chaque partie du tableau répond, un ordinateur peut reconstituer la couleur de la lumière d'origine.
La technique peut également être utilisée pour l'impression, l'équipe a montré. Au lieu de créer des pixels avec six sections réglées pour répondre à des couleurs spécifiques, ils ont créé des pixels avec trois barres qui reflètent trois couleurs :bleu, vert et rouge. En contrôlant les longueurs relatives de chaque barre, ils peuvent dicter quelle combinaison de couleurs le pixel reflète. C'est une nouvelle approche du schéma RVB classique utilisé pour la première fois en photographie en 1861.
Mais contrairement à la plupart des autres applications, la palette de couleurs plasmonique promet de ne jamais s'estomper avec le temps et peut être reproduite de manière fiable avec une précision élevée à maintes reprises. Il permet également à ses utilisateurs de créer des schémas de couleurs dans l'infrarouge.
"De nouveau, la partie passionnante est de pouvoir imprimer à la fois dans le visible et l'infrarouge sur le même substrat, " a déclaré Mikkelsen. " Vous pouvez imaginer imprimer une image avec une partie cachée dans l'infrarouge, ou même couvrir un objet entier pour adapter sa réponse spectrale."
