Une collaboration internationale de chercheurs a démontré une forte interaction lumière-matière dans des suspensions et des films auto-assemblés de nanotubes de disulfure de tungstène (NT-WS2). Les résultats de la recherche sont publiés dans Chimie Physique Physique Chimique .

Dans ce travail, les propriétés optiques des nanotubes inorganiques WS2 sont étudiées en détail. La majeure partie de la recherche a été menée sous la direction du professeur Reshef Tenne (Weizmann Institute of Science, Israël), qui a découvert les nanotubes de bisulfure de tungstène en 1992. Aujourd'hui, Les NT-WS2 sont synthétisés à l'échelle semi-industrielle et utilisés dans de nombreux mélanges lubrifiants commerciaux, ainsi que des nanocomposites et des dispositifs nanoélectroniques à l'échelle du laboratoire. Cependant, pendant longtemps, les études optiques de ces nanotubes sont restées controversées. Par exemple, les caractéristiques manifestées dans les spectres d'extinction optique des suspensions de nanotubes WS2 ont été interprétées à tort comme l'ensemble des pics d'absorption excitonique. Cependant, cette approche n'expliquait guère à la fois le décalage significatif des énergies des excitons par rapport aux valeurs de masse WS2 et les différences de spectres d'extinction optique de la suspension NT-WS2 et des films semi-orientés.

Basé sur une étude complexe des propriétés optiques NT-WS2, les chercheurs du Weizmann Institute of Science et de la Faculté des sciences des matériaux, MSU, ont démontré une forte diffusion de la lumière visible et proche infrarouge par les nanotubes de disulfure, conduisant au masquage des pics excitoniques. Surtout, les mesures optiques utilisant une sphère d'intégration ont permis d'enregistrer le "vrai" signal d'absorption, qui a montré que les pics excitoniques des nanotubes ont presque les mêmes énergies que pour le massif WS2.

Etude plus détaillée des spectres optiques d'extinction et de diffusion, renforcé par une simulation dans le domaine temporel aux différences finies (FDTD) et un modèle phénoménologique d'oscillateur couplé (PCO), a montré que NT-WS2 présente une forte interaction lumière-matière et forme des excitons-polaritons. Cette partie de la recherche a été réalisée par des chercheurs du Weizmann Institute of Science et du Laboratoire de nanophotonique et métamatériaux, Faculté de physique, MSU Lomonossov, dirigé par le professeur Andrey A. Fedyanin. Il a été démontré que les nanotubes WS2 agissent comme des nano-systèmes polaritoniques quasi 1-D et soutiennent à la fois les caractéristiques excitoniques et les modes de cavité dans la gamme visible-proche infrarouge.

« Les résultats de cette recherche approfondie et véritablement internationale permettent d'envisager les nanotubes de disulfure de tungstène comme une plate-forme pour développer de nouveaux concepts dans les dispositifs photoniques à base de nanotubes. De plus, la connaissance de ces caractéristiques optiques non triviales de ces nanostructures met en lumière les propriétés de récupération de lumière possibles des nanocomposites à base de nanotubes disulfures et de nanoparticules plasmoniques (or ou argent) qui sont largement développés par de jeunes scientifiques de la Faculté des sciences des matériaux, MSU, " a déclaré Alexandre Polyakov, le co-auteur de l'article.