La structure des plumes inspire la conception de nouveaux lasers

La nature est une constante source d’inspiration pour les scientifiques en mal d’imagination. Les chercheurs de la prestigieuse université de Yale, dans le Connecticut, en ont fait l’illustration. S’inspirant de deux types de nanostructures composant les plumes de certains oiseaux, aux couleurs brillantes et caractéristiques, les chercheurs espèrent pouvoir produire des lasers d’un nouveau genre.

La plupart des couleurs sont le fait de nanostructures dispersant plus ou moins fortement les ondes lumineuses à des fréquences spécifiques. Dans certains cas, ces nanostructures créent des iridescences, lorsqu’une surface paraît changer de couleur en fonction de l’angle selon lequel on la regarde ou en fonction de l’angle d’attaque de la lumière ; par exemple les arcs-en-ciel apparaissant dans les bulles de savon, ou encore, les carapaces de certains coléoptères. Dans d’autres cas de figure, les nuances produites sont plus régulières et moins changeantes.

Le mécanisme de production de ces nuances a déconcerté les scientifiques durant de nombreuses années, ceux-ci estimant que les couleurs étaient produites par un enchevêtrement plus ou moins empirique de protéines. Pourtant, en zoomant sur de petites sections de ces protéines, une certaine forme d’organisation s’est mise à apparaître. C’est par exemple cette organisation qui, à l’échelle nano, est responsable des nuances caractéristiques du merle bleu d’Amérique.

Deux types de laser

Les chercheurs américains ont ainsi créé deux types de laser : un premier modèle se basant sur des plumes possédant de petites cavités sphériques groupées, dans une protéine de bêta-kératine. Le laser inspiré par ce modèle consiste en une membrane semi-conductrice parsemée de petites cavités emprisonnant la lumière à certaines fréquences. Les boîtes quantiques incrustées entre chaque cavité amplifient la lumière et produisent le rayon cohérent caractéristique du laser.

Le second modèle se base sur l’observation de plumes dont la bêta-kératine prend la forme de petits tunnels communiquant les uns avec les autres, de manière plus ou moins tortueuse. Ce modèle a donné naissance à un laser qui fonctionnerait en bloquant certaines couleurs (certaines longueurs d’ondes du spectre électromagnétique). Dans les deux cas, les chercheurs peuvent manipuler la couleur des lasers en question, soit en modifiant la largeur des tunnels, soit en espaçant les nanocavités.

Assemblage naturel

Ce qui rend ces lasers d’inspiration aviaire différents des lasers traditionnels est le fait qu’ils peuvent s’assembler de manière tout à fait naturelle. Cela signifie donc que les ingénieurs n’auront pas à se soucier de la nanofabrication de cette structure à une plus grande échelle, réduisant significativement les coûts, le temps et la difficulté de production.
L’équipe américaine a d’ores et déjà présenté une partie de ses résultats lors du FiO (« Frontiers in Optics ») ayant eu lieu à San Diego, en Californie, fin 2011.

Par M.R.

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