Environ des milliards de nanodisques déposés sur une surface de 1 cm2. Chacun d'eux réagit à la lumière incidente et crée des plasmons. Crédit :Université de Linköping
Des chercheurs du groupe Photonique Organique et Nano-optique du Laboratoire d'Électronique Organique ont mis au point des nanoantennes optiques en polymère conducteur. Les antennes peuvent être allumées et éteintes, et rendra possible un tout nouveau type de composants nano-optiques contrôlables.
Les plasmons apparaissent lorsque la lumière interagit avec des nanoparticules métalliques. La lumière incidente déclenche une oscillation collective, un mouvement de va-et-vient unifié, des électrons dans les particules. C'est cette oscillation collective qu'est le plasmon. Les nanostructures métalliques et leur capacité à façonner la lumière à l'échelle du nanomètre sont étudiées par de nombreux groupes de recherche à travers le monde pour une utilisation dans, par exemple, biocapteurs et dispositifs de conversion d'énergie, et de renforcer d'autres phénomènes optiques. D'autres domaines d'utilisation potentiels incluent les équipements médicaux miniatures et les fenêtres qui contrôlent la quantité de lumière et de chaleur admise ou émise par un bâtiment.
Dans un article de Nature Nanotechnologie , des scientifiques de l'université de Linköping présentent des nanoantennes optiques, fabriqué à partir d'un polymère conducteur au lieu d'un métal traditionnel, comme l'or ou l'argent. Dans ce cas, ils ont utilisé une variante de PEDOT, qui est un polymère largement utilisé dans de nombreux autres domaines, y compris la thermoélectrique et la bioélectronique.
"Nous montrons que la lumière peut être convertie en plasmons dans des nanostructures de la matière organique, " dit Magnus Jonsson, chef du groupe Photonique Organique et Nano-optique au Laboratoire d'Électronique Organique.
Shangji Chen, Doctorant et Magnus Jonsson, chef du groupe Photonique Organique et Nano-optique au Laboratoire d'Électronique Organique. Université de Linköping. Crédit :Thor Balkhed
Il est, cependant, pas des électrons qui créent des plasmons dans le polymère conducteur, mais des polarons. Un polymère est constitué d'une longue chaîne d'atomes connectés et dans le polymère conducteur avec lequel les chercheurs ont travaillé, ce sont les charges positives le long de la chaîne polymère qui sont responsables de la conductivité électrique. Avec les distrorions de chaîne associées, ces charges positives forment des polarons, qui déclenchent des oscillations collectives lorsque la lumière est incidente sur la nanostructure.
"Nos antennes organiques peuvent être transparentes à la lumière visible tout en réagissant à la lumière à des longueurs d'onde un peu plus longues, les rendant intéressantes pour des applications telles que les fenêtres intelligentes, " dit Magnus Jonsson.
Les chercheurs ont d'abord effectué des calculs théoriques et utilisé des simulations pour concevoir des expériences, qu'ils ont pu effectuer par la suite. Shangji Chen, doctorant dans le groupe, a réussi à produire des milliards de minuscules disques nanométriques du matériau conducteur organique sur une surface. Ces petits disques réagissent à la lumière et agissent comme de minuscules antennes.
Les chercheurs ont montré que le diamètre et l'épaisseur des disques déterminent la fréquence de la lumière à laquelle ils réagissent. Il est ainsi possible de contrôler cette longueur d'onde en modifiant la géométrie du disque. Plus le disque est épais, plus la fréquence est élevée. Ils espèrent également pouvoir augmenter la gamme de longueurs d'onde auxquelles réagissent les nanoantennes en changeant le polymère utilisé.
Plasmones dans les plastiques. Crédit :Thor Balkhed
Une autre innovation qu'ils ont explorée est la possibilité d'allumer et d'éteindre les nanoantennes organiques, ce qui est difficile avec les métaux conventionnels. Le matériau fabriqué en laboratoire est initialement à l'état oxydé, et les nanoantennes sont allumées.
"Nous avons montré que lorsque nous réduisons le matériau en l'exposant à une vapeur, on peut couper la conduction et ainsi aussi les antennes. Si nous le réoxydons ensuite en utilisant, par exemple, acide sulfurique, il retrouve sa conductivité et les nanoantennes se rallument. C'est un processus relativement lent pour le moment, mais nous avons fait les premiers pas et montré que c'est possible, " dit Magnus Jonsson.
« Bien qu'il s'agisse de recherche fondamentale, nos résultats rendent possible un nouveau type de composants nano-optiques contrôlables qui, selon nous, peuvent être utilisés pour de nombreuses applications."
