A l'Université Polytechnique de Valence, des chercheurs ont mis au point des métamatériaux à base de nanocavités de silicium. La particularité de ces métamatériaux réside dans leur fonctionnalité dans le domaine infrarouge, là où les métamatériaux à base de métaux nobles sont absorbants. Ce travail réalisé en collaboration avec l'Université du Texas à Austin ouvre donc la voie à de nouvelles applications.
Les métamatériaux sont des matériaux qui présentent des propriétés optiques inexistantes dans la nature. Deux paramètres physiques qui caractérisent l'interaction du matériau avec les champs électromagnétiques, la permittivité et la perméabilité, sont toujours positives. En structurant des matériaux, les chercheurs sont parvenus à leur donner une permittivité et perméabilité simultanément négatives. Un tel matériau permet alors de dévier la lumière d'une manière impossible avec les matériaux naturels. Les métamatériaux sont ainsi à l'origine des "capes d'invisibilités", des structures permettant de faire en sorte que la lumière contourne un objet, le rendant alors invisible à un observateur.
Exemple d’utilisation d'un métamatériau pour "l’invisibilité".
L'objet à camoufler est la sphère orange.
Le métamatériau (en bleu) entour l'objet et dévie puis reforme
les rayons lumineux (en rouge) sur sa trajectoire.
Les métamatériaux sont souvent basés sur des nanostructures à base de métaux nobles comme l'or. Cependant, si ces matériaux sont peu absorbants pour des longueurs d'onde du visible, ils absorbent fortement les infrarouges. Cela a conduit les chercheurs à rechercher d'autres matériaux fonctionnant dans ce domaine.
Les chercheurs de l'UPV ont mis au point une solution dans laquelle se trouvent en suspension des nanocavités de silicium et des cristaux photoniques. Ils ont alors démontré que ce mélange présentait des caractéristiques intéressantes, notamment dans le domaine infrarouge. Par ailleurs, le silicium étant beaucoup moins cher que l'or, leur matériau présente aussi des avantages économiques.
Ce travail est aussi un bon exemple de l'approche bottom-up qui se généralise dans le domaine des matériaux. Les chercheurs ont conçu ce matériau spécialement pour l'application désirée en partant d'éléments de base dont ils connaissaient les propriétés, un peu comme dans un jeu de Lego.
