Des métamatériaux hyperboliques pour la photonique infrarouge
Capables d’une focalisation extrême de la lumière, les métamatériaux hyperboliques trouvent de nombreuses applications en photonique. Des chercheurs de l’Institut des nanotechnologies de Lyon en ont obtenu de nouveaux, présentant des performances inédites dans l’infrarouge. Publiés dans la revue American Chemical Society Photonics, ces travaux pourraient aider à concevoir de meilleures sources optiques et détecteurs de gaz.
Formés de l’alternance de couches nanométriques, les métamatériaux hyperboliques possèdent des propriétés optiques exceptionnelles. Leur permittivité, qui décrit la manière dont les charges électriques s’organisent dans le matériau sous l’effet d’un champ électrique, n’est pas la même dans toutes les directions de l’espace et peut devenir négative. Cela permet aux métamatériaux hyperboliques de focaliser la lumière à des dimensions inférieures à la longueur d’onde, limite que ne franchissent pas les lentilles classiques. Des chercheurs de l’Institut des nanotechnologies de Lyon (INL, CNRS/École centrale de Lyon/CPE Lyon/INSA Lyon/Université Claude Bernard) ont conçu des métamatériaux hyperboliques particulièrement efficaces dans l’infrarouge, domaine spectral pour lequel il en existe très peu.
Ils ont pour cela conçu des structures nanométriques alternant des couches minces de cinq nanomètres de LaxSr1-xTiO3 (LSTO) et de SrTiO3 (STO). Ils ajustent leurs propriétés en remplaçant partiellement le strontium (Sr) par du lanthane (La), jusqu’à surpasser les performances des meilleurs métamatériaux hyperboliques dans l’infrarouge connus jusqu’alors. Ultracompacts, les métamatériaux de l’INL s’intègrent facilement aux semiconducteurs les plus courants en photonique : le silicium et l’arséniure de gallium. Ils devraient en particulier permettre d’améliorer les performances des cavités optiques, dispositifs essentiels pour la réalisation de sources optiques et de détecteurs de gaz.
La structure en couches ultraminces du métamatériau hyperbolique.
Références :
Perovskite-oxide based hyperbolic metamaterials,
Mohamed Bouras, Dong Han, Sébastien Cueff, Romain Bachelet and Guillaume Saint-Girons
ACS Photonics, 6, 7, 1755-1762 (2019)
DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00485