Des scientifiques de l'EPFL, L'Allemagne et la France ont révélé une nouvelle propriété du dioxyde de titane anatase, un matériau bon marché et abondant, qui promet des applications en tant que support pour les nanocapteurs de contraintes mécaniques à température ambiante avec une lecture optique.
La mesure des contraintes mécaniques dans le nanomonde est un défi majeur en science et ingénierie des matériaux. La clé de cette avancée est la capacité de combiner des matériaux nanométriques bon marché qui réagissent aux contraintes mécaniques et des schémas de détection simples. Une voie prometteuse impliquerait le développement de capteurs à lecture optique. Cependant, il n'existe pas de nano-matériaux connus qui modifient leurs propriétés d'absorption de la lumière lors de l'application d'une contrainte mécanique d'une manière simple et prévisible, surtout à température ambiante. De tels matériaux seraient extrêmement utiles dans un certain nombre d'applications de détection, allant des biosciences à la métrologie.
Dans une torsion, le laboratoire de Majed Chergui à l'EPFL au sein du Lausanne Center for Ultrafast Science, en collaboration avec les groupes théoriques d'Angel Rubio à Max-Planck (Hambourg) et de Pascal Ruello à l'Université du Mans, a démontré que les nanoparticules du polymorphe anatase du dioxyde de titane peuvent révolutionner le domaine.
Le dioxyde de titane est un matériau bon marché et abondant qui est déjà utilisé dans une grande variété d'applications telles que le photovoltaïque, photocatalyse, substrats conducteurs transparents, crème solaire, des peintures, purification de l'eau et de l'air. Avec leur récente découverte, Publié dans Nano lettres , Chergui et ses collègues montrent que le dioxyde de titane est le candidat le plus prometteur pour le développement de capteurs de contrainte à température ambiante à l'échelle nanométrique et à lecture optique.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont lancé une onde de contrainte mécanique à l'intérieur des nanoparticules de dioxyde de titane à température ambiante et ont surveillé leur réponse optique au voisinage de la bande d'absorption principale du matériau, appelé "exciton". Ils ont constaté que ce dernier subit un changement d'intensité sous la contrainte mécanique appliquée. Cette réponse simple est en contradiction avec le comportement de tous les matériaux connus, dont les réponses optiques aux contraintes mécaniques sont complexes et imprévisibles. Ces nouvelles découvertes ouvrent la voie au développement de capteurs à lecture optique basée sur une seule fréquence laser accordée à la résonance des excitons.
Considérant que le dioxyde de titane est déjà intégré dans une large gamme d'appareils et qu'il existe une vaste expertise disponible pour le combiner avec d'autres systèmes, ces découvertes promettent une nouvelle génération de capteurs optiques de contraintes mécaniques à l'échelle nanométrique.
"Cette observation a été rendue possible grâce à nos nouvelles techniques laser ultrarapides dans l'ultraviolet profond. Nous nous attendons à ce que notre méthode expérimentale conduise à des découvertes encore plus passionnantes dans le nano-monde dans un avenir proche, " dit Edoardo Baldini (premier auteur de l'article, maintenant au MIT).
