Un groupe de recherche en physique de l’Université de Fribourg, dirigé par le Professeur Frank Scheffold, est parvenu à fabriquer une nouvelle classe de matériaux non-cristallins (amorphes) en utilisant une imprimante 3D à très haute définition. Ces matériaux, capables d’influencer la propagation de la lumière de manière ciblée, représentent une grande avancée dans les domaines de l’optique et de la photonique.

Absorption d'un rayon lumineux coloré par le réseau d'un matériau photonique amorphe.

A partir de cylindres microscopiques en plastique et en utilisant une imprimante 3D à très haute définition, le groupe de recherche du Professeur Frank Scheffold a réussi à fabriquer un réseau aléatoire particulier. Cette nouvelle classe de matériaux non-cristallins (amorphes) est caractérisée par le fait que les cylindres ne forment pas une structure ordonnée mais un motif irrégulier. Les modèles en plastique obtenus ont ensuite été recouverts avec du silicium et mesurés optiquement. Les chercheurs sont parvenus à observer une réflexion diffuse accrue sur la partie du spectre infrarouge de la lumière avec, parallèlement, une forte diminution de la transparence. Les calculs numériques réalisés suggèrent même que de tels matériaux pourraient supprimer complètement la translucidité, un phénomène pouvant avoir d’intéressantes applications en optique et en photonique.

Des couleurs conditionnées par leur structure

De nombreux objets paraissent colorés parce qu’ils absorbent une partie de la lumière du soleil. En absorbant les rayons lumineux, les pigments de couleur les transforment en chaleur. Le noir et le blanc ne sont en fait pas des couleurs: les objets noirs absorbent la lumière sur l’ensemble du spectre visible et deviennent chauds au soleil, tandis que les objets blancs en reflètent la totalité de manière diffuse. Des structures micro- ou nanoscopiques peuvent restreindre ce type de réflexions à un domaine précis du spectre lumineux. Dans ce cas, seule la lumière d’une couleur spécifique sera reflétée et l’objet paraît alors coloré. Aucun pigment n’est alors nécessaire et les couleurs ayant une origine structurelle ne se décolorent pas.

Ce phénomène est d’ailleurs très commun dans la nature: ailes de papillon, coléoptères colorés, plumes d’oiseau multicolores… Les couleurs scintillantes des pierres précieuses, comme les opales, sont également constituées de telles nanostructures. En fait, c’est l’ordre cristallin régulier de sphères microscopiques qui est responsable de ce phénomène. Emballages, laques automobiles, cosmétiques ou encore des spécialisations telles que le traitement et la transmission de données optiques pourraient profiter de cette découverte scientifique. En effet, dans de tels domaines, éviter le reflet et le scintillement ainsi que la forte dépendance à l’angle de vue, présenterait une réelle avancée.

Le travail de recherche a été publié dans la revue Advanced Optical Materials:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201300415/abstract

Contact: Prof. Frank Scheffold, Département de physique, 026 300 91 17, frank.scheffold@unifr.ch, http://physics.unifr.ch/en/page/54/