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Le premier laser liquide à base de borane

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Le premier laser dans le visible a vu le jour il y a plus de 54 ans. Il s'agissait d'un laser solide émettant dans le rouge. Les chercheurs aimeraient aujourd'hui réaliser des lasers liquides performants émettant dans le bleu. Une équipe de physiciens tchèques et espagnols vient d'en découvrir un, utilisant une molécule inorganique faisant partie des boranes. C'est une première.

Fête de la science : les étonnants secrets du laser  Le laser est présent dans de nombreux appareils de notre quotidien. Lecteurs de CD, imprimantes, systèmes de mesure etc., tous fonctionnent avec ce procédé. Mais au juste, comment fonctionne un laser ? Découvrez, avec la collection vidéo Tout est quantique, l'incroyable pouvoir des atomes sur la lumière... 

2015 est l'année internationale de la lumière. Les deux découvertes qui ont eu le plus d'impact sur l'humanité dans le domaine des sciences de la lumière sont probablement celles des ondes radio et du laser. Si l'on peut associer les noms de Maxwell et Hertz à la première, ce sont les noms d'Einstein et de Townes que l'on doit associer à la seconde. Toutefois, les lasers dans le visible n'ont commencé à devenir une réalité qu'avec les travaux de Theodore Maiman en 1960. L'effet laser d’Einstein était obtenu dans un milieu solide, un rubis, et la lumière émise était alors de couleur rouge.

D'autres lasers ont vu le jour par la suite parmi lesquels se trouvent les lasers à colorants organiques (dye lasers en anglais). Ils sont aussi appelés des lasers liquides parce que les molécules organiques qui sont utilisées sont diluées dans un solvant (en général alcoolique, comme l'éthylène glycol ou le méthanol). Elles émettent dans le visible et sont donc, naturellement, des colorants.

Des lasers liquides pour la dermatologie

Les lasers à colorants ont des applications en recherche fondamentale et en spectroscopie mais celle qui est probablement la plus familière concerne la dermatologie. En effet, des lasers à colorants pulsés sont des outils utilisés pour traiter des rougeurs de tout type, notamment les angiomes plans, de grandes taches rouges présentes dès la naissance. On s'en sert aussi pour traiter certaines varicosités et supprimer des tatouages.

Le nouveau laser à colorant bleu n'est pas à base d'une molécule organique. Le borane en solution que l'on voit sur cette photo permet de produire un effet laser dans le visible. © Spanish National Research Council

Les lasers liquides ont des inconvénients, en particulier parce que les mélanges de colorants et de solvants se dégradent dans le temps et doivent être changés régulièrement. Il existe aussi peu de lasers à colorants capables d'émettre efficacement et de manière stable dans le bleu. Dans l'idéal, ces lasers devraient pourtant pouvoir être réglés avec précision, rester peu coûteux et faciles à fabriquer.

Un laser liquide bleu inorganique

À cet égard, une molécule prometteuse vient d'être découverte comme l'expliquent des chercheurs espagnols et tchèques dans un article de Nature Communications. Elle permet l'obtention d'un laser liquide de bonne qualité dans le bleu mais il ne s'agit pas d'un laser à colorant organique.

Les physiciens ont en effet utilisé un borane, un composé chimique constitué uniquement des éléments bore et d'hydrogène, de formule générale BxHy. Plus précisément, c'est l'anti B18H22 en solution qui s'est révélé intéressant. Le mélange est par exemple plus résistant à la dégradation que ceux des autres lasers à colorants bleus connus jusqu'ici. Ce qui veut dire que son utilisation est moins coûteuse car il faut changer moins souvent la solution dans le dispositif générant l'effet laser.

Il reste encore des travaux à mener avant que ce laser liquide bleu à colorants inorganiques sorte des laboratoires. Les chercheurs explorent aussi les perspectives offertes par les boranes pour l'obtention d'autres lasers liquides émettant dans d'autres couleurs.

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Theodore Maiman a réussi le premier à faire fonctionner un laser optique à rubis. Il a projeté sa lumière le 16 mai 1960. © Kathleen Maiman