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Six cents petites tiges de cuivre en forme de I dévient le rayonnement micro-onde, entre 1 et 18 GHz. © David R. Smith
C'est une sorte de logiciellogiciel à mettre au point des systèmes à invisibilité qu'ont créé David R. Smith, de la Duke University, Tai Jun Cui, de l'université du Sud-Est (Nanjing, en Chine) et leurs collègues. Dans la revue Science, ces chercheurs décrivent un dispositif très simple, conçu par ce logiciel et constitué de six cents petites tiges de cuivre en forme de I.
Il s'agit d'un métamatériau, c'est-à-dire d'un assemblage de structures de petites tailles dont les dimensions et l'espacement sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique auquel on s'intéresse. Les multiples réflexions induites conduisent globalement, pour l'ensemble de l'objet, à un indice de réfraction négatif, une propriété inconnue dans la nature.
De nombreux travaux théoriques et expérimentaux ont été réalisés dans ce domaine depuis plusieurs années. Il a été ainsi démontré qu'il est possible de créer une zone que le rayonnement contourne sans être affecté. On parle d'invisibilité puisque qu'un objet placé à cet endroit n'aura aucun effet sur ce rayonnement comme s'il était traversé par lui.
Jusqu'ici, cet effet n'a été obtenu que dans des longueurs d'onde plus grandes que celles de la lumière visible - quoique, cependant, l'équipe de Costas Soukoulis soit parvenue en 2007 à atteindre le domaine visible, dans le rouge. Surtout, dans tous les cas, l'expérience ne fonctionne que dans une plage de fréquencesfréquences très étroite. Mais les scientifiques s'acharnent... Pour réaliser son dispositif, l'équipe américano-chinoise a fait tourner son logiciel, qui a calculé les dimensions du métamatériau à construire.
Applications multiples
La surprise est double. Tout d'abord, l'assemblage est de structure extrêmement simple et, d'autre part, la gamme de fréquences concernée est la plus large que l'on ait obtenue à ce jour. Le dispositif rectangulaire, de 50 centimètres par dix, épais d'un centimètre, dévie efficacement le rayonnement micro-onde sur des fréquences de 1 à 18 GHz (contre 385 à 750 THz pour le visible), une gamme bien plus large que ce qui a été obtenu jusqu'à présent.
Qu'un tel résultat ait été obtenu avec un métamatériau simple calculé sur ordinateurordinateur constitue un résultat très prometteur. On peut raisonnablement espérer d'autres gains. Les applicationsapplications envisageables de ces métamatériauxmétamatériaux sont nombreuses et ne se limitent pas au tour de magie consistant à faire disparaître un minuscule objet (encore l'effet ne se fait-il sentir que pour une seule direction de l'éclairement).
Ces structures à indice de réfraction négatif sont aussi la promesse de pseudo-lentilleslentilles permettant à des microscopesmicroscopes d'atteindre des résolutionsrésolutions jusqu'ici impossibles et, par exemple, de visualiser le mouvementmouvement des moléculesmolécules. On peut aussi imaginer qu'un métamatériau, qui concentrerait la lumière au lieu de la faire diverger comme dans ces systèmes dits d'invisibilité, pourrait augmenter le rendement des cellules photovoltaïquescellules photovoltaïques. On comprend donc l'intérêt des laboratoires pour cet étrange champ de recherche...
