Il y a 150 ans, en 1864, James Clerck Maxwell écrivait que "L'accord entre les résultats semble montrer que la lumière et le magnétisme sont des affections de la même substance, et que la lumière est un dérangement propagé ´ travers l’espace". Cette découverte immense est aujourd'hui au coeur du développement de nos sociétés : la lumière peut être décrite comme une onde électromagnétique, comme les ondes radios (qui n'existaient même pas ´ l'époque). Aujourd'hui, en utilisant les équations de Maxwell qui décrivent le comportement des champ électriques et magnétiques et sont la source de la seconde révolution industrielle, celle de l'électricité et des ondes électromagnétiques, les chercheurs arrivent ´ décrire comment la lumière interagit avec les métaux même lorsque ces objets métalliques ont une taille de quelques dizaines de nanomètres (un dix millionnième de mètre). Le projet PGP est un projet qui s'inscrit dans cette ligne : comment décrire et simuler des phénomènes optiques qui se passent ´ des échelles si petite de la façon la plus précise possible.

La lumière est une onde électromagnétique, et sa longueur d'onde est comprise entre 400 et 800 nanomètres. Mais comme on sait maintenant fabriquer des structures de taille inférieure (pour se donner une idée, les circuits des processeurs sont maintenant gravés avec une largeur d'un peu plus d'une dizaine de nanomètres seulement !), on essaie de manipuler la lumière avec des structures beaucoup plus petites que sa longueur d'onde. L'avantage ? Pour la lumière, ces structures sont presque homogènes, "lisses" - de la même manière que l'air paraît "lisse" ´ la lumière alors qu'il est formé de molécules. L'idée est de se servir de petites particules (comme des nanocubes) comme espèces de molécules un peu particulières. Avec les structures qu'on peut ainsi fabriquer, qu'on appelle des métamatériaux (des matériaux artificiels dont les propriétés ne se retrouvent pas dans la nature), on espère pouvoir maîtriser la lumière mieux qu'on ne le fait aujourd'hui. On espère notamment augmenter le rendement de cellules thermophotovoltaïques, créer des surfaces super-sensibles, ou mieux extraire de la lumière des LEDs pour augmenter leur efficacité. Ca ne sera pas facile, mais il faut absolument explorer ces pistes prometteuses - et pour ça, comprendre très précisément comme la lumière interagit avec les nanoparticules.

Comment comprendre la longueur d'onde ? Pour une vague de fréquence précise, comme pour de la lumière d'une couleur précise, l'onde est périodique dans l'espace : elle se répète. La distance ´ laquelle joue cette répétition est appelée longueur d'onde.

Un résonateur plasmonique est une cavité. C'est un peu l'analogue d'une flûte pour le son. Dans une flûte, le son se propage dans le tube et se réfléchit soit sur l'embouchure, soit ´ la sortie. Du coup, la flute résonne et on entend une note. Ca peut sembler paradoxal, mais le son se réfléchit en fait sur l'air libre. Dans le cas d'un nanocube déposé au dessus d'un film d'or, la lumière se glisse sous le cube, et ensuite elle se réfléchit de part et d'autre sur l'espace libre. L´ aussi, le cube résonne. Quand le cube résonne, il peut absorber la lumière, ou la diffuser au contraire, un peu comme une flute. De la même manière qu'on n'entend qu'une seule note pour la flute, la lumière qui interagit avec le cube n'a qu'une couleur ! Ainsi, si on fait en sorte que les cubes posés sur une surface d'or absorbent le rouge, alors la surface paraît verte au lieu d'être jaune. On a changé la couleur de l'or !

Des nanocubes d'or, posés sur une épaisseur de quelques nanomètres d'un matériau transparent, lui-même déposé sur un film d'or, peuvent absorber une couleur particulière et changer la couleur apparente de l'or en vert, par exemple.

Excellent ! Si vous le désirez, vous pouvez regarder cette vidéo et les diapositives qui l'accompagnent : !