Un moyen pratique de fabriquer des capes d'invisibilité

Une nouvelle méthode d'impression permet de produire de grandes feuilles de métamatériaux, une nouvelle classe de matériaux conçus pour interagir avec la lumière d'une manière qu'aucun matériau naturel ne peut faire. Depuis plusieurs années, les chercheurs travaillant sur ces matériaux ont promis des capes d'invisibilité, des superlentilles à ultra haute résolution et d'autres dispositifs optiques exotiques tout droit sortis des pages de la science-fiction. Mais les matériaux étaient limités à de petites démonstrations en laboratoire car il n'y avait aucun moyen de les fabriquer en assez grandes quantités pour démontrer un appareil pratique.

Déformation légère : Il s'agit de la plus grande feuille jamais constituée d'un métamatériau capable de replier la lumière proche infrarouge vers l'arrière.

Tout le monde a, peut-être commodément, été dans la position de ne pas être en mesure de fabriquer suffisamment de [métamatériaux] pour en faire quoi que ce soit, dit John Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui a développé la nouvelle méthode d'impression. Les métamatériaux qui interagissent avec la lumière visible n'étaient auparavant pas fabriqués en morceaux de plus de centaines de micromètres.

Les métamatériaux sont constitués de couches à motifs complexes, souvent de métaux. Les motifs doivent être à la même échelle que la longueur d'onde de la lumière avec laquelle ils sont conçus pour interagir. Dans le cas de la lumière visible et proche infrarouge, cela signifie des caractéristiques à l'échelle nanométrique. Les chercheurs ont fabriqué ces matériaux avec des méthodes aussi chronophages que la lithographie par faisceau d'électrons.

Rogers a développé une méthode d'impression basée sur des tampons pour générer de gros morceaux de l'un des types de métamatériaux les plus prometteurs, qui peut faire plier la lumière proche infrarouge dans le mauvais sens lorsqu'elle passe à travers. Les matériaux avec cet indice de réfraction dit négatif sont particulièrement prometteurs pour la fabrication de superlentilles, de capes d'invisibilité de vision nocturne et de guides d'ondes sophistiqués pour les télécommunications.

Le groupe Illinois commence par mouler un tampon en plastique dur recouvert d'un motif en résille en relief. Le timbre est ensuite placé dans une chambre d'évaporation et recouvert d'une couche sacrificielle, suivie de couches alternées des ingrédients du métamatériau - argent et fluorure de magnésium - pour former un maillage en couches sur le timbre. Le tampon est ensuite placé sur une feuille de verre ou de plastique souple et la couche sacrificielle est gravée, transférant le métal à motifs à la surface. Jusqu'à présent, Rogers dit qu'il a fabriqué des feuilles de métamatériau de quelques pouces de chaque côté, mais en utilisant plus d'un tampon, il s'attend à les augmenter en pieds carrés. Et, dit-il, les matériaux estampés ont en fait de meilleures propriétés optiques que les métamatériaux fabriqués à l'aide de méthodes traditionnelles.

Maille légère : Le métamatériau à grande surface est composé d'un maillage en couches de métaux à l'échelle nanométrique.

Nous pouvons maintenant sortir de gigantesques feuilles de ce genre de choses, dit Rogers. La fabrication du moule pour le tampon prend du soin, mais une fois ce moule créé, il ne faut pas longtemps pour fabriquer de nombreux tampons réutilisables.

Xiang Zhang, titulaire d'une chaire de génie mécanique à l'Université de Californie à Berkeley, affirme que ce travail représente une étape importante vers des applications pour les métamatériaux optiques. Divers métamatériaux pourraient être agrandis par cette méthode, explique Zhang, qui a créé en 2008 le design que Rogers a utilisé pour cette première démonstration. Par exemple, des lentilles et des capes à grande échelle en 2D peuvent être possibles, ainsi que des concentrateurs solaires. Une application potentielle concerne les lentilles qui intègrent de multiples fonctions dans des appareils uniques, pour les télécommunications et l'imagerie.

Cette technique d'impression est assez puissante et a le potentiel de s'étendre à de très grandes surfaces, dit Nicolas Croc , professeur agrégé de génie mécanique au MIT. Fang dit que ce type de métamatériau serait particulièrement intéressant pour les appareils d'imagerie infrarouge.

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