Des mousses 2D comme matériaux photoniques auto-assemblés

 
30/04/2019

Guides d’ondes, systèmes d’affichage et d’éclairage performants, composants informatiques les applications des nouveaux matériaux photoniques à large bande interdite sont nombreuses. Pourtant, ces matériaux sont souvent chers à produire et difficiles à façonner.
Une équipe de chercheurs du Laboratoire Gulliver hébergée à l’Institut Pierre-Gilles de Gennes (ESPCI Paris, Université PSL, CNRS) a peut-être trouvé la solution : des « mousses photoniques » qui s’auto-assemblent en deux dimensions et présentent des caractéristiques photoniques très prometteuses. Leurs travaux viennent d’être publiés en ligne dans la revue PNAS.


Gauche : une mousse est composée de milliers de bulles, et caractérisée par le ration entre l'espace occupé par le liquide et celui occupé par les bulles. Droite : Densité d'états optiques de trois systèmes de mousses en fonction de la fréquence.

Les structures auto-assemblées permettent souvent de réduire les coûts et les temps de production, mais également de s’affranchir des défauts de fabrication, ce qui représente un enjeu crucial dans la mise au point de nouveaux matériaux. C’est dans ce contexte, et dans le cadre du projet Microflusa (projet H2020, porté par l’ESPCI Paris, KTH Royal Institute of Technologie de Suède, le Technion en Israël, et RTD Talos LD à Chypre) que l’équipe MMN du Laboratoire Gulliver a cherché à s’appuyer sur la microfluidique pour explorer les propriétés de nouveaux matériaux.

Les chercheurs ont ainsi créé un environnement contrôlé permettant de générer la mousse 2D. En jouant ensuite sur la forme des bulles, sur la transition entre une mousse sèche et une plus humide, mais aussi sur la quantité de matériau diélectrique composant la mousse, les scientifiques sont parvenus à obtenir des mousses photoniques anisotropes, c’est à dire qui vont avoir une bande interdite large dans toutes les directions pour les ondes électromagnétiques.
Reste désormais à construire des structures 3D afin de vérifier que ces propriétés restent identiques mais les chercheurs sont optimistes : les mousses photoniques peuvent être ajustées pour couvrir la gamme du visible jusqu’aux micro-ondes, et pourraient révolutionner le monde des matériaux photoniques.

Publication associée :

Joshua Ricouvier, Patrick Tabeling, and Pavel Yazhgur, Foam as a self-assembling amorphous photonic band gap material, PNAS, 2019

https://doi.org/10.1073/pnas.1820526116

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