Sciences

Echographie : leur résolution pourrait être multipliée par mille

ActualitéClassé sous :physique , ultrason , Plasmonique

L'histoire du développement des applications des ultrasons en physique et surtout en médecine est très riche tout au long du XXe siècle. En ce début de XXIe, les nanotechnologies poursuivent le mouvement puisque l'on envisage grâce à elles de multiplier par mille la résolution des images obtenues par échographie.

Cette représentation d’artiste montre un ensemble des croix suisses en or de 35 nanomètres d’épaisseur avec des barres horizontales et verticales longue de 120 et 90 nanomètres respectivement. Soumises à des impulsions laser de très courtes longueurs d’onde, elles génèrent des phonons correspondant à des ondes sonores ayant des fréquences de l’ordre de 10 gigahertz. En haut à gauche, une image prise au microscope électronique montre l’une de ces croix. © Berkeley Lab

Cette représentation d’artiste montre un ensemble des croix suisses en or de 35 nanomètres d’épaisseur avec des barres horizontales et verticales longue de 120 et 90 nanomètres respectivement. Soumises à des impulsions laser de très courtes longueurs d’onde, elles génèrent des phonons correspondant à des ondes sonores ayant des fréquences de l’ordre de 10 gigahertz. En haut à gauche, une image prise au microscope électronique montre l’une de ces croix. © Berkeley Lab

 

Nanotechnologie rime souvent avec physique quantique lorsque les chercheurs explorent et tentent de maîtriser le nanomonde. De l'électronique moléculaire aux applications du nanomagnétisme, les lois de la mécanique quantique sont utilisées pour tenter de repousser toujours plus loin les frontières de nos savoirs et de nos pouvoirs. En voici une nouvelle illustration avec une publication dans Nature Communications concernant la possibilité d'un gain d'un facteur 1.000 dans la résolution des images obtenues avec des ultrasons.

Elle découle de travaux menés par des physiciens du célèbre Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Il s'agit encore de nanophotonique et plus précisément de plasmonique. Des impulsions laser subpicosecondes ont été utilisées pour produire et contrôler dans des nanostructures des phonons dont les fréquences sont de l'ordre de 10 gigahertz via la production de plasmons.

Xiang Zhang, Haim Suchowski et Kevin O'Brien, quelques-uns des physiciens de l'équipe qui a produit et contrôlé des ondes sonores dans le domaine des hyperfréquences. S'il s'agissait d'ondes électromagnétiques, on parlerait de micro-ondes. © Roy Kaltschmidt

Des ultrasons avec des plasmons

Phonons et plasmons sont des quasiparticules, c'est-à-dire des quanta d'énergie émergeant du comportement collectif d'un ensemble de particules matérielles et non des quanta d'énergie de champs fondamentaux comme le sont (du moins le croit-on) les photons et les électrons. Les phonons sont les paquets d'énergie quantifiés des ondes sonores, en particulier dans les réseaux cristallins et les plasmons sont les paquets d'énergie associés aux ondes de densité d'électrons à la surface des métaux notamment.

Dans le cas présent, les plasmons produits par les impulsions de lumière cohérente ont chauffé une nanostructure qui, en changeant de forme sous l'effet des transferts de chaleur, génère des phonons.  L'ensemble du processus se traduit donc par la conversion des photons laser en phonons cohérents de très hautes fréquences.

On s'intéresse à la production de tels ultrasons depuis longtemps. L'imagerie médicale utilise en effet des ondes sonores dont les fréquences sont de l'ordre de 10 à 20 mégahertz. Mettre au point des dispositifs pratiques générant des fréquences de l'ordre de 10 gigahertz a donc le potentiel de révolutionner les applications de l'échographie en médecine en permettant d'obtenir un énorme gain dans la résolution des images.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités chaque jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Cela vous intéressera aussi