Filtrer la lumière à l’aide d’une toile à base de silicium

Des scientifiques français ont fabriqué un nouvel objet microscopique en forme de toile capable d’absorber une longueur d’onde précise.

Décidément, ceux qui pensent que la technologie silicium touche à sa fin devront patienter encore un peu. Des chercheurs de Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (CNRS) et de l’ONERA (DOTA) ont réussi à fabriquer un nouvel objet sur substrat de silicium capable de filtrer la lumière. L’originalité provient de sa structure. Il ne s’agit pas d’un cristal, mais d’une toile photonique : une succession de barreaux diélectriques suspendus dans le vide permet de filtrer la longueur d’onde voulue en pivotant la toile.

Pour réussir ce nouvel objet, les physiciens ont utilisé une membrane de nitrure de silicium. Ils l’ont déposé sur un substrat de silicium, puis ont gravé un carré de 2,5 millimètres de côté de façon à obtenir des lignes en forme de poutre d’un demi micron de large espacées de 3 microns. La membrane est fixée sur le silicium à l’aide de barreaux perpendiculaires rajoutés tous les 20 microns.

Lorsqu’on éclaire cette toile avec un rayonnement infrarouge borné entre 3 et 5,5 micromètres, en positionnant judicieusement l’objet, aucune lumière n’est transmise. Une autre propriété intéressante de cette toile est son pouvoir d’absorption. Si elle est fabriquée avec un matériau absorbant, alors on peut atteindre jusqu’à 50% d’absorption de la lumière incidente. Cela représente près de 25 fois plus que l’absorption via un matériau massif de même épaisseur. Dès que l’on modifie l’angle d’incidence du faisceau lumineux, la toile laisse passer une partie de la lumière suivant une fenêtre spectrale dont les valeurs dépendent de l’angle d’incidence.

Ces travaux ont été publiés dans Physical Review Letters et permettent d’envisager de nouvelles approches dans l’étude de l’interaction lumière-matière. Par exemple, pour des applications de spectroscopie de molécules ou de gaz autour des barreaux, ou dans des expériences d’opto-mécanique qui visent au contrôle optique de modes mécaniques d’objets de très faible masse dans le régime quantique.

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique