Des chercheurs de l'Université de Stuttgart ont conçu pour la première fois des métamatériaux [1] optiques à trois dimensions dans le domaine visible. Il s'agit de matériaux composites artificiels qui révolutionnent le domaine de l'optique depuis quelques années. Les nanostructures souvent en or ou en argent, encastrées dans du verre, sont espacés d'une distance plus petite que la longueur d'onde de la lumière.
Le phénomène de réfraction est connu : c'est sur lui et sur les lois classiques de l'optique que se sont basées les recherches portant sur les lunettes, les télescopes, les objectifs de caméras et microscopes. Dans le cas de métamatériaux, l'onde lumineuse passe au-dessus des structures composites du fait de leur taille (quelques douzaines de nanomètres), ce qui entraîne le comportement nouveau de cette nanostructure à indice de réfraction négatif. L'équipe du Prof. Harald Gießen de l'Institut de physique 4 de l'Université de Stuttgart a utilisé cette propriété connue depuis quelques années pour réaliser de telles structures : des matériaux aussi appelés matériaux main-gauche (voir schéma).
Les métamatériaux exploitent les propriétés de la lumière en tant qu'onde électromagnétique. En 2004, ses propriétés ont été modifiées pour la première fois : il a suffi d'ordonner les nanostructures des métamatériaux de façon comparable à l'association de petits oscillateurs faits de bobines et de condensateurs. En combinant les propriétés électriques et magnétiques de différents matériaux, on arrive à un indice de réfraction négatif.
Jusqu'à présent, seules de petites structures métalliques planes ont été réalisées. Or, pour pouvoir exploiter le phénomène, comme pour la réalisation de lentilles à indice de réfraction négatif, dont la résolution ne serait plus limitée par les lois classiques de l'optique, il faut un matériau tridimensionnel. La méthode utilisée à Stuttgart pour la réalisation a été le dépôt couche par couche, introduisant diverses techniques de planarisation, d'alignement et d'empilement latéral. Les applications ne sont pas encore bien définies, mais la réalisation de lentilles pourrait permettre d'améliorer encore les télescopes et autres outils de physique. Cette démarche représente également un pas de plus vers la réalisation de capes optiques destinées à rendre des objets entiers invisibles. Dans les trois années à venir, les chercheurs de Stuttgart examineront les possibilités en coopération avec l'Institut Max Planck de physique du solide et les Universités de Karlsruhe et de Jena. Le Ministère de l'enseignement et de la recherche (BMBF) soutient déjà les recherches.
