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Posté par Michel le Jeudi 19/07/2012 à 12:00
Des nano-antennes bio-inspirées pour la lumière
Si les antennes radios amplifient les signaux de nos téléphones portables et de nos télévisions, le même principe peut s'appliquer à la lumière. Pour la première fois, des chercheurs du CNRS et de l'université d'Aix-Marseille (1) sont parvenus à fabriquer une nano-antenne à partir de courts brins d'ADN, de deux nanoparticules d'or et d'une petite molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui...) fluorescente qui capte et émet de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...). Cette antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) facile à manipuler et à contrôler, est décrite dans un article publié dans Nature Communications le 17 juillet 2012. A plus long terme, ces travaux pourraient permettre de développer des diodes luminescentes plus efficaces, des cellules solaires plus compactes ou encore être utilisés en cryptographie quantique (La cryptographie quantique est une tentative de mise en œuvre des prédicats de la mécanique quantique afin d'assurer la confidentialité, l'intégrité et/ou la non-interception de transmissions de données. C'est aussi un...).


Représentation schématique d'une nano-antenne formée de deux nanoparticules d'or
liées par un double-brin d'ADN et alimentée par un émetteur quantique unique.
© Busson, Rolly, Stout, Bonod, Bidault

Puisque la lumière est une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.), il devrait êtrepossible de mettre au point (Graphie) des antennes optiques capables d'amplifier le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) lumineux de la même façon que les antennes de nos télévisions ou de nos portables captent les ondes radios. Or, la lumière oscillant un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et...) de fois plus rapidement que les ondes radio (A supprimer), il faut des objets extrêmement petits de l'ordre du nanomètre (2) (nm) pour capter ces ondes lumineuses très rapides.C'est pourquoi, l'équivalent optique d'une antenne élémentaire (de typedipolaire) est un émetteur quantique (3) entouré de deux particules mille fois plus petites qu'un cheveu humain.

Pour la première fois, les chercheurs des Instituts Langevin et Fresnel ont mis au point une telle nano-antenne bio-inspirée pour la lumière, simple et facile à manipuler. Sur de courts brins d'ADN synthétiques (10 à 15 nm de long), ils ont greffé des particules d'or (de 36 nm de diamètre) et un colorantorganique fluorescent. La molécule fluoresc ente agit comme une sourcequantique qui alimente l'antenne en photons tandis que les nanoparticules d'or amplifient l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre l'émetteur et la lumière. Les scientifiques ont produit en parallèle plusieurs milliards de copies de ces paires de particules (en solution) en contrôlant la position de la molécule fluorescente au nanomètre près, grâce à l'ossature d'ADN. Ces caractéristiques dépassent largement les possibilités offertes par les techniques classiques delithographies utilisées actuellement dans la conception des microprocesseurs. Aplus long terme, une telle miniaturisation pourrait permettre le développement de diodes luminescentes plus efficaces, de détecteurs plus rapides et de cellules solaires plus compactes. Ces nano-sources de lumière pourraient égalementêtre utilisées en cryptographie (La cryptographie est une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou clés.) quantique.


Notes:

(1) Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Langevin (CNRS / ESPCI Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) Tech / UPMC / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis,...) Paris Diderot) à Paris et de l'Institut Fresnel (CNRS / Aix-Marseille Université / Ecole centrale de Marseille) à Marseille.

(2) Nanomètre: milliardième de mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme...)

(3) Objets individuels de taille infinitésimale dont les propriétés sont régies par les lois de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) quantique, par exemple un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) ou une molécule qui ne peut émettre qu'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) à la fois.


Référence:

“Accelerated single photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent,...) emission from dye molecule driven nanoantennas assembled on DNA” Mickaël P. Busson, Brice Rolly, Brian Stout, Nicolas Bonod et Sébastien Bidault - Nature Communications, 17 juillet 2012



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Source: CNRS