Composants optiques accordables à base de polymères
Une équipe de recherche interdisciplinaire met au point une méta-surface qui peut être commutée par la lumière
Une équipe de recherche interdisciplinaire des départements de chimie et de physique de l'université d'Iéna a mis au point un revêtement matériel dont les propriétés de réfraction de la lumière peuvent être commutées avec précision entre différents états. L'équipe, dirigée par Felix Schacher, Sarah Walden, Purushottam Poudel et Isabelle Staude, a combiné des polymères réagissant à la lumière avec ce que l'on appelle des méta-surfaces. Cette innovation a permis de créer de nouveaux composants optiques qui pourraient être utilisés dans le traitement des signaux. Leurs résultats viennent d'être publiés dans la revue "ACS Nano".
Combiner deux systèmes établis pour créer quelque chose de nouveau
"Les méta-surfaces et les polymères commutables à la lumière sont connus en principe depuis des décennies", explique Sarah Walden, de l'Institute of Solid State Physics, qui dirige aujourd'hui un groupe de recherche en Australie. Elle ajoute : "Mais nous sommes les premiers à combiner les deux sous cette forme pour développer de nouveaux composants pour des applications optiques". Les méta-surfaces sont des couches minces nanostructurées dont les dimensions structurelles caractéristiques sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière. Cela permet d'influencer spécifiquement les propriétés de la lumière et sa propagation, ce qui permet de réaliser une variété de fonctions optiques qui seraient autrement réalisées par des lentilles, des polariseurs ou des réseaux. D'autre part, les polymères commutables sont des plastiques dont les propriétés, telles que l'indice de réfraction de la lumière, peuvent passer d'un état à l'autre.
"Les polymères que nous avons utilisés contiennent des molécules de colorant", poursuit Felix Schacher, de l'Institut de chimie organique et de chimie macromoléculaire. "Cela signifie qu'elles absorbent la lumière d'une certaine longueur d'onde et, ce faisant, modifient leur structure - et donc leurs propriétés, telles que l'indice de réfraction de la lumière dans le cas présent. Pour que le colorant retrouve sa structure antérieure et les propriétés correspondantes, il faut une lumière d'une autre longueur d'onde. "La particularité de notre système, explique la physicienne Isabelle Staude, est que les changements d'indice de réfraction affectent les propriétés optiques de la méta-surface lorsqu'elle est recouverte d'un tel polymère. Les changements obtenus ont été étonnamment importants, même par rapport à des systèmes similaires connus jusqu'à présent. "Comme les polymères présentent une absorption différente en fonction du colorant, les différents effets peuvent être très bien séparés les uns des autres ou combinés", résume le physicien.
Un comportement physique inhabituel
Outre ce résultat prometteur, l'équipe a fait une découverte surprenante : "Dans notre travail, nous avons utilisé séparément deux colorants différents, chacun appliqué à une méta-surface. Cela a confirmé l'effet", explique M. Schacher. "Cependant, lorsque l'on mélange les deux polymères commutables, des effets supplémentaires se produisent", rapporte-t-il. "Nous soupçonnons que les deux molécules de colorant interagissent entre elles, mais nous ne pouvons pas l'affirmer avec certitude à ce stade. D'autres études sont nécessaires pour clarifier ce comportement intéressant.
La recherche fondamentale au service de l'intelligence artificielle optique
Bien que l'objectif premier de ces surfaces commutables ait été de démontrer le principe de base, le groupe de recherche peut envisager plusieurs applications : "Comme ces surfaces peuvent passer d'un état de propriété à l'autre sous l'effet de la lumière, la technologie des capteurs est un domaine d'application naturel. Il est également concevable que ces surfaces commutables soient utilisées pour le traitement optique des données. "Bien sûr, notre équipe serait ravie si ces composants pouvaient être utilisés pour des réseaux neuronaux optiques, par exemple, qui pourraient alors traiter des informations d'image de la même manière que l'intelligence artificielle électronique le fait aujourd'hui", déclare Schacher. "Toutefois, comme ce type de traitement des données est basé sur la lumière plutôt que sur l'électronique, il est nettement plus économe en énergie et plus rapide que l'intelligence artificielle traditionnelle basée sur l'ordinateur."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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