Une nouvelle étude menée par une équipe collaborative de l’Université de Twente et du e-Science Center d’Amsterdam compare la transmission de la lumière à travers un modèle utopique avec une véritable nanostructure 3D. Ces nanostructures font partie intégrante de nos technologies quotidiennes, telles que les smartphones et les panneaux solaires.
La recherche a été réalisée par Lars Corbijn van Willenswaard, Stef Smeets, Nicolas Renaud, Matthias Schlottbom, Jaap van der Vegt et Willem Vos de l’Université de Twente. Le papier est publié dans le journal Optique Express.
L’approche innovante de l’équipe utilise la nanostructure 3D réelle elle-même, obtenue par imagerie à rayons X précise, comme entrée pour leur étude optique. De cette manière, les chercheurs ont pu comparer directement la nanostructure réelle avec un modèle idéalisé, ou « utopique ». Les résultats révèlent que, contrairement à la conception idéale, la nanostructure réelle présente un fort confinement de la lumière qui est complètement absent dans la conception utopique.
Prévisibilité des puces
La prévisibilité des dispositifs est cruciale pour des applications allant de la métrologie pour la fabrication de puces à l’éclairage intelligent avec des diodes électroluminescentes, en passant par les observations atmosphériques avec des nanosatellites. Cependant, quel que soit le coût et le niveau d’équipement de l’installation, des écarts inévitables apparaissent lors de la nanofabrication.
Deux nanostructures fabriquées consécutivement ne sont jamais exactement identiques, jusqu’au niveau du placement des atomes, car, par exemple, les équipements de fabrication varient lentement dans le temps. En fin de compte, même si tous les équipements fonctionnent parfaitement, l’entropie et le chaos empêchent de réaliser des copies exactes, ce qui rend les dispositifs moins prévisibles.
Nouvelles fonctionnalités de l’appareil
Les recherches de l’équipe de Twente-Amsterdam nous permettent non seulement de mieux comprendre ces déviations, mais ouvrent également la voie à de nouvelles fonctionnalités des appareils. Vos explique : « Il existe des différences majeures entre la structure réelle et la structure utopique. Par exemple, là où la structure utopique interdit l’entrée de lumière, la structure réelle contient une densité énergétique lumineuse élevée (voir figure ci-dessus). »
« La distribution de la lumière réelle présente un motif particulier qui empêche la lumière de sortir vers la droite, comme prévu à l’origine. La lumière intense et confinée peut même être utilisée pour des fonctions complètement nouvelles, comme un interrupteur optique ou un capteur. »
Plus d’informations :
Lars J. Corbijn van Willenswaard et al, Propriétés optiques non utopiques calculées d’une nanostructure photonique réelle reconstruite par tomographie, Optique Express (2024). DOI: 10.1364/OE.519464