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Ce schéma montre un nanocâble en sulfure de cadium (CdS) séparé d'une surface en argent (Ag) par une couche en fluorure de magnésium (MgF2). C'est dans cette dernière que des oscillations plasmoniques stables peuvent se produire et y générer un lumière laser de couleur bleue. Crédit : Xiang Zhang Lab, UC Berkeley
Voilà maintenant 49 ans que l'on sait faire des lasers dans le domaine optique mais les progrès des nanotechnologiesnanotechnologies permettent aujourd'hui de miniaturiser ce dispositif devenu mythique. C'est à nouveau Xiang Zhang, avec ses collègues que l'on retrouve à l'origine d'une percée dans le domaine de l'optique. On se souvient de ses travaux récents portant sur les super lentilles en métamatériaux ou encore sur la simulation des trous noirs, toujours avec des métamatériauxmétamatériaux.
Zhang vient de publier dans Nature un article dans lequel il explique comment dépasser les limites connues jusque-là de la miniaturisation des lasers à semi-conducteurs. Pour cela, lui et ses collègues ont réalisé un nanocâble en sulfure de cadmium, mille fois plus fin qu'un cheveu, qu'ils ont couplé à une surface en argent.
Les deux éléments sont séparés par un isolant dont la taille est de 5 nanomètres seulement et c'est à ce niveau qu'un effet laser produisant de la lumièrelumière visible devient réalisable. C'est une performance étonnante car l'isolant est plus petit qu'une protéineprotéine et il permet de stocker des ondes lumineuses dans un volumevolume dont la taille est 20 fois inférieure à celle de leur longueur d'ondelongueur d'onde.
Une lumière laser à la place des électrons ?
On pensait jusqu'ici que c'était impossible et cette réalisation ouvre donc de nouvelles perspectives dans le monde des nanotechnologies et des nanosciences. La clé pour obtenir ce dispositif repose sur la création de plasmons de surfaceplasmons de surface. Ces derniers sont des oscillations de densité de charge électronique à l'interface entre deux matériaux, l'un métallique et l'autre isolant par exemple. D'ordinaire, les plasmons se dissipent rapidement mais le dispositif des chercheurs réduit considérablement cette dissipation et un effet laser conséquent peut alors être produit.
Il devient désormais possible d'intégrer de tout petits lasers sur des micropuces et donc de miniaturiser les lasers à semi-conducteurs que l'on connaissait déjà. En 2001, un nanolaser de 100 nanomètres avait été réalisé par une équipe de l'université de Berkeley. Il aura donc fallu huit années pour atteindre la taille de 5 nanomètres soit une amélioration d'un facteur 20.
L'espoir des chercheurs avec ce nouveau nanolaser est de pouvoir créer des dispositifs pour sonder, manipuler et caractériser plus efficacement des moléculesmolécules d'ADNADN et surtout de créer des dispositifs analogues aux circuits électroniques mais basés non plus sur des courants d'électronsélectrons mais des faisceaux de photonsphotons. Depuis des dizaines d'années, en effet, les chercheurs essaient d'obtenir ainsi des puces plus performantes que celles au siliciumsilicium pour augmenter la rapiditérapidité et la puissance des ordinateursordinateurs.
