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Des nanoémetteurs thermiques sélectifs

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Grâce aux nanotechnologies, une équipe de chercheurs américains a créé un assemblage de nanoémetteurs thermiques infrarouges modulables. Ces travaux, supportés par le NSF (National Science Foundation) auraient des applications en photonique et en électronique.

21Avant d’être supplantées par la technologie LED, les ampoules à incandescence étaient surtout connues pour leur capacité à émettre de la lumière dans le visible. Néanmoins, cette technologie a d’autres utilisations moins connues du grand public. En effet, l’incandescence reste à l’heure actuelle le moyen le plus simple de produire un rayonnement infrarouge. Ainsi, le fonctionnement des technologies de détection infrarouge dépend toujours de ce type de source.

Une source de rayonnement thermique accordable

À l’Université de Rice, à Houston au Texas, l’équipe de chercheurs du professeur assistant Gururaj Naik a créé un nouveau type de de sources incandescentes à la fois lumineuses, directionnelles et surtout dont la longueur d’onde est accordable. Comment ? En repensant la manière de concevoir les émetteurs thermiques infrarouges.

Une agrégation de nanoémetteurs thermiques sélectifs

Les sources lumineuses ont longtemps été considérées comme des sortes de « boîtes noires » que l’on tentait d’exploiter au mieux. Mais les chercheurs ont eu une idée innovante : découper la source lumineuse en plusieurs éléments et les faire interagir. Chaque sous-élément a ainsi une fonction qui lui est propre, par exemple apporter de la luminosité ou un rayonnement sur des longueurs d’onde spécifiques.

Un fonctionnement basé sur la physique quantique

Alors que les métaux sont connus comme étant des émetteurs très lumineux, ils ont malheureusement une sélectivité faible. À l’inverse, les semi-conducteurs sont des émetteurs très sélectifs, mais dont la luminosité est basse.

Concrètement, les chercheurs du « Rice University engineering laboratory » ont réussi à combiner les propriétés de ces deux éléments complémentaires à l’aide de la physique quantique. Alors que les deux oscillateurs (de taille submicronique) qu’ils ont créés demeurent passifs à température ambiante, il se produit un couplage électromagnétique lorsqu’ils sont chauffés à 700 °C. Ainsi, lorsque l’oscillateur métallique émet suffisamment de rayonnement thermique, le disque en silicium devient capable de stocker et de libérer de la lumière de manière contrôlée.

Des applications dans de nombreux domaines

En associant ces deux matériaux, les chercheurs ont créé ce qu’ils appellent une transition de phase optique (optical phase transition), ce qui rend ce couplage extrêmement sensible aux perturbations extérieures. Par conséquent, l’utilisation de composants basés sur cette technologie nanophotonique permettrait de concevoir des capteurs ultra-performants.

Enfin, alors que les technologies utilisant les semi-conducteurs au silicium semblent montrer leurs limites, les commutateurs optiques sont annoncés par l’ITRS (L’International Technology Roadmap for Semiconductors) comme successeurs désignés. Le système développé par l’équipe du professeur Naik peut ainsi être considéré comme une avancée majeure en ce domaine.

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