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Le matériau qui ne réfléchit pas la lumière

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Recouverte de nanoparticules de silicium, une surface quelconque ne réfléchit pratiquement plus la lumière. Avec ce matériau d'indice de réfraction très proche de celui de l'air, on peut réaliser des LED beaucoup plus puissantes - ce qui a été fait -, des cellules photoélectriques plus efficaces, des miroirs de télescopes plus réfléchissants et bien d'autres choses encore.

Au microscope électronique, on distingue les minuscules baguettes de silicium inclinées à 45°. Crédit : Fred Schubert / Rensselaer Polytechnic Institute

Indice de réfraction : 1,05. A 5 % près, ce matériau a le même indice que l'air (lequel est de 1). A titre de comparaison, celui du meilleur des verres ne descend qu'à 1,45. C'est un record, et même une performance inespérée. « Jusqu'ici, nous pensions qu'il n'existait aucun matériau entre 1,0 et 1,4, explique Fred Schubert, de l'institut Polytechnique Rensselaer. Si nous en possédions un, nous pourrions réaliser de nouvelles choses incroyables dans les domaines de l'optique et de la photonique. »

Ce matériau, ils l'ont désormais. Lui et ses collègues sont parvenus à réaliser une sorte de revêtement anti-reflets en assemblant des nanoparticules de silicium en forme de minuscules baguettes, soigneusement implantées sur la surface selon un angle de 45°. A l'interface avec l'air, la lumière subit un angle de réfraction très faible. Elle est donc très peu déviée et très peu réfléchie.


De bas en haut, une pièce en aluminium, en silicium, en nitrure d'aluminium et en nitrure d'aluminium recouvert de la couche anti-reflet. Crédit : Fred Schubert / Rensselaer Polytechnic Institute

Parmi les applications possibles figure la réalisation de diodes électroluminescentes (LED) plus efficaces. Si la lumière en provenance de la source est peu déviée, elle sera mieux focalisée dans la bonne direction. L'équipe a testé le principe sur du nitrure d'aluminium, matériau prometteur pour les LED. Les chercheurs annoncent une amélioration de la puissance lumineuse de 40 %.

Il y a beaucoup d'intérêt à peu réfléchir

Si elle recouvre une lentille optique, cette couche de silicium empêchera qu'une partie de la lumière soit réfléchie. Bref, c'est un anti-reflet. « Pour plusieurs gammes de longueurs d'onde les revêtements traditionnels fonctionnent bien, rapporte Fred Schubert dans Nature. Mais pour l'ensemble du spectre visible, le nôtre fait dix fois mieux que le meilleur d'entre eux. »

Utilisée sur des cellules photoélectriques, cette peau de silicium en accroîtrait l'efficacité puisque la quantité de lumière touchant la surface sensible serait plus grande. L'idée n'est d'ailleurs pas neuve et a été explorée par d'autres, notamment au CalTech (California Institute of Technology) en 2006, avec le soutien de BP.

Les chercheurs imaginent aussi d'autres possibilités, comme des sources lumineuses modulables, des dispositifs d'interconnexions entre systèmes optiques et des corps complètement noirs qui pourraient servir à des fins scientifiques (comme le métal noir obtenu en 2006 à l'université de Rochester par exposition au laser). Ce revêtement anti-reflet pourrait aussi, paradoxalement, servir à réaliser des miroirs plus réfléchissants. Si l'on sait, affirme l'équipe, contrôler finement l'indice de réfraction, on saura obtenir une réflexion maximale. Des miroirs de meilleure qualité trouveront immédiatement preneur chez les fabricants de télescopes ou de matériels optoélectroniques.