Nanodevice utilise le son pour sculpter la lumière, ouvrant la voie à des affichages et des imageries de meilleure qualité.

31 juillet 2025

par l'Université Stanford

édité par Sadie Harley, révisé par Robert Egan

éditeur scientifique

éditeur associé

Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les attributs suivants tout en veillant à la crédibilité du contenu :

vérifié par des faits

publication examinée par des pairs

source fiable

corrigé

La lumière peut se comporter de manière très inattendue lorsqu'on la comprime dans de petits espaces. Dans un article publié dans la revue Science, Mark Brongersma, professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université Stanford, et le doctorant Skyler Selvin décrivent la nouvelle façon dont ils ont utilisé le son pour manipuler la lumière confinée dans des espaces de seulement quelques nanomètres - permettant ainsi aux chercheurs un contrôle exquis sur la couleur et l'intensité de la lumière de manière mécanique.

Ces découvertes pourraient avoir de larges implications dans des domaines allant des écrans d'ordinateur et de réalité virtuelle à l'imagerie holographique 3D, aux communications optiques, et même aux nouveaux réseaux neuronaux ultra-rapides à base de lumière.

Le nouveau dispositif n'est pas le premier à manipuler la lumière avec le son, mais il est plus petit, potentiellement plus pratique et puissant que les méthodes conventionnelles. D'un point de vue d'ingénierie, les ondes acoustiques sont attractives parce qu'elles peuvent vibrer très rapidement, des milliards de fois par seconde.

Malheureusement, les déplacements atomiques produits par les ondes acoustiques sont extrêmement petits - environ 1 000 fois plus petits que la longueur d'onde de la lumière. Ainsi, les dispositifs acousto-optiques ont dû être plus grands et plus épais pour amplifier l'effet minuscule du son - trop grands pour le monde nanométrique d'aujourd'hui.

'En optique, grand équivaux à lent', a déclaré Brongersma. 'Ainsi, l'échelle réduite de ce dispositif le rend très rapide.'

Le nouveau dispositif est de manière trompeuse simple. Un miroir en or mince est revêtu d'une couche ultra-mince d'un polymère à base de silicone caoutchouteux de seulement quelques nanomètres d'épaisseur. L'équipe de recherche a pu fabriquer la couche de silicone dans des épaisseurs souhaitées - entre 2 et 10 nanomètres. Pour comparaison, la longueur d'onde de la lumière est presque de 500 nanomètres de bout en bout.

Les chercheurs déposent ensuite un réseau de nanoparticules d'or de 100 nanomètres sur le silicone. Les nanoparticules flottent comme des boules de plage dorées sur un océan de polymère sur un fond marin miroitant. La lumière est collectée par les nanoparticules et le miroir et focalisée sur le silicone entre eux - réduisant la lumière à l'échelle nanométrique.

Sur le côté, ils attachent un haut-parleur d'ultrasons spécial - un transducteur interdigité, IDT - qui envoie des ondes sonores haute fréquence se propageant à travers le film à près d'un milliard de fois par seconde. Les ondes sonores haute fréquence (ondes acoustiques de surface, SAWs) surfent le long de la surface du miroir en or sous les nanoparticules. Le polymère élastique agit comme un ressort, s'étirant et se compressant alors que les nanoparticules montent et descendent au passage des ondes sonores.

Les chercheurs projettent ensuite de la lumière dans le système. La lumière est comprimée dans les espaces oscillants entre les nanoparticules d'or et le film d'or. Les espaces changent de taille d'à peine la largeur de quelques atomes, mais c'est suffisant pour produire un effet surdimensionné sur la lumière.

La taille des espaces détermine la couleur de la lumière résonnant de chaque nanoparticule. Les chercheurs peuvent contrôler les espaces en modulant l'onde acoustique et donc contrôler la couleur et l'intensité de chaque particule.

'Dans ce petit espace, la lumière est comprimée si étroitement que le moindre mouvement l'affecte significativement,' a déclaré Selvin. 'Nous contrôlons la lumière à l'échelle nanométrique, là où typiquement des millimètres étaient nécessaires pour moduler la lumière de manière acoustique.'

Découvrez les dernières avancées en science, technologie et espace avec plus de 100 000 abonnés qui comptent sur Phys.org pour des insights quotidiens. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des mises à jour sur les avancées, les innovations et la recherche qui comptent au quotidien ou hebdomadairement.

Lorsqu'une lumière blanche est projetée sur le côté et que l'onde sonore est activée, le résultat est une série de nanoparticules scintillantes multicolores contre un arrière-plan noir, comme des étoiles scintillant dans le ciel nocturne. Toute lumière qui ne touche pas une nanoparticule est rejetée hors du champ de vision par le miroir, et seule la lumière qui est dispersée par les particules est dirigée vers l'œil humain. Ainsi, le miroir en or semble noir et chaque nanoparticule d'or brille comme une étoile.

Le degré de modulation optique a surpris les chercheurs. 'J'étais plié en deux de rire', a déclaré Brongersma en réaction lorsque Selvin lui a montré les résultats de ses premières expériences.

'Je pensais que ce serait un effet très subtil, mais j'ai été surpris de voir à quel point des changements de distance de quelques nanomètres peuvent modifier de manière spectaculaire les propriétés de diffusion de la lumière.'

La remarquable capacité d'ajustement, le petit format et l'efficacité du nouveau dispositif pourraient transformer un certain nombre de secteurs commerciaux. On peut imaginer des écrans vidéo ultraplats, des communications optiques ultrarapides basées sur les capacités haute fréquence de l'acousto-optique, ou peut-être de nouveaux casques de réalité virtuelle holographique beaucoup plus petits que les écrans encombrants d'aujourd'hui, entre autres applications.

« Lorsque nous pouvons contrôler la lumière de manière si efficace et dynamique », a déclaré Brongersma, « nous pouvons tout faire avec la lumière que nous pourrions souhaiter - l'holographie, le guidage de faisceau, les affichages 3D - tout. »

Plus d'informations : Skyler Peitso Selvin et al, Modulation des cavités plasmoniques de lacune par des ondes acoustiques, Science (2025). DOI : 10.1126/science.adv1728. www.science.org/doi/10.1126/science.adv1728

Informations sur la revue : Science

Fourni par l'Université Stanford