Des chercheurs de Stuttgart ont ouvert la voie vers un nouveau domaine de la nanophotonique en développant des stéréométamatériaux [1]. Initialement, l'objectif des chercheurs allemands était d'analyser l'influence de l'arrangement des atomes d'une molécule dans l'espace sur les propriétés électroniques et optiques de celle-ci. A partir de leurs expériences et en analogie avec la stéréochimie, sous-discipline de la chimie qui étudie l'arrangement spatial relatif des atomes au sein des molécules, les chercheurs de l'Institut de physique IV de l'Université de Stuttgart pourraient être à l'origine d'une nouvelle sous-discipline de la nano-optique et de la photonique.
En coopération avec des chercheurs de l'Université Nanjing en Chine, les chercheurs allemands dirigés par le Prof. Harald Giessen, ont développé des nanostructures métalliques d'environ 100 nm. Ils les ont réarrangées de façon ciblée dans l'espace. Les nanostructures étaient formées d'anneaux concentriques coupés ("Split Ring Resonator", SRR [2]) en or en forme de U, structures déjà connues pour leur utilisation dans les métamatériaux.
Ils ont alors constaté que la torsion de chaque élément par rapport à l'autre faisait varier les propriétés électroniques et optiques de l'ensemble, mettant ainsi en évidence un couplage magnétique des différents éléments entre eux. Alors que dans le cas habituel, les propriétés électriques dominent, les métamatériaux métalliques présentent des effets magnétiques beaucoup plus importants. En changeant l'angle de torsion des éléments les uns par rapport aux autres, la relation entre le couple électrique et magnétique a pu être ajustée de façon très précise. Pour un angle d'environ 60°, les effets électriques et magnétiques se compensent presque totalement (la différence restante était due aux effets d'ordre supérieur).
Le groupe de chercheurs a ainsi fabriqué une série entière de stéréométamatériaux en se basant sur une procédure utilisée habituellement dans l'industrie des semi-conducteurs et qui est définie par l'empilement de couches de nanostructures métalliques séparées par des couches isolantes diélectriques.
Pour les allemands, ces travaux sont très prometteurs et devraient ouvrir un nouveau champ de recherche dans le domaine de la nanophotonique qui traitera à l'avenir des structures décrivant à la fois l'arrangement spatial des éléments et leurs propriétés électriques et magnétiques. Des applications pourraient voir le jour dans la description de l'influence chirale de la polarisation des cristaux liquides et pourraient permettre d'augmenter l'efficacité des cellules photovoltaïques à l'aide de l'oscillation d'électrons.
Un article a récemment été publié dans le journal scientifique "Nature Photonics" en mars 2009 [3].
- [1] Stéréo- (du grec stereos : solide), sous-entend à trois dimensions, donc dans l'espace et les métamatériaux sont des matériaux présentant des propriétés électromagnétiques inexistantes à l'état naturel
- [2] Les SRR sont composés d'une paire d'anneaux concentriques en métal non magnétiques pouvant entrer en résonance en présence d'un flux magnétique. Ils ont la particularité d'afficher une perméabilité négative pour des fréquences légèrement supérieures à la résonance
