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Avec l'invisibilité, sur laquelle travaillent plusieurs laboratoires, la réalisation de lentilleslentilles dépassant les limites imposées par l'optique traditionnelle constitue l'objectif le plus prisé des désormais célèbres « métamatériauxmétamatériaux ». Ces objets constitués d'une multitude de petites structures identiques présentent des propriétés remarquables, comme l'indice de réfraction négatif, inconnu dans la nature mais qui fait bouillonner l'imagination des physiciensphysiciens. En 2000, John Pendry, de l'Imperial College de Londres, avait prédit qu'une telle propriété permettrait d'outrepasser une limite physique jusque-là considérée comme infranchissable à jamais : la résolutionrésolution (ou pouvoir séparateur) d'un système optique, un microscopemicroscope par exemple, est à peu près égale à la longueur d'onde de la lumière. En deçà de cette dimension, des interférences brouillent l'image. Voilà pourquoi il faut passer à la microscopie électronique pour grossir davantage.
Pour fabriquer cette super lentille, il fallait résoudre un problème de taille : les métamatériaux n'ont d'effet que sur les rayonnements électromagnétiques dont la longueur d'onde est proche de la distance séparant les minuscules éléments qui les constituent. Jusqu'en 2006, on n'avait fabriqué que des métamatériaux agissant sur les micro-ondes, de longueur d'onde 1 à 10 centimètres. Mais en janvier, l'Américain Costas Soukoulis et son équipe du laboratoire Ames annonçaient un métamatériau capable d'agir sur la lumière visible, à 780 nanomètresnanomètres, soit le rouge.
Complémentaires d'un microscope normal
Moins de trois mois plus tard, deux autres équipes américaines, indépendamment et avec des méthodes différentes, ont montré les premières super lentilles travaillant dans le visible. Celle de Xiang Zhang, à l'université de Californie (Berkeley), prend la forme d'un demi-cylindre pavé de coquilles de 35 nanomètres d'épaisseur et réalisées en oxyde d'argentargent et d'aluminiumaluminium. Elle produit une image agrandie, que l'on observe avec un microscope classique. L'engin a permis de distinguer deux petites lignes séparées de seulement 100 nanomètres, une performance hors de portée d'un microscope traditionnel.
Une expérience précédente de l'équipe. En haut, quatre lettres fortement grossies et vues à l'aide d'une sonde ionique focalisée. Dessous (figure d, à droite), vue à l'aide d'un microscope optique. A gauche (b), vue améliorée grâce à une super lentille. Les deux courbes détaillent la variation du contraste dans les carrés blancs des figures b et d : la ligne du A apparaît large de 380 nm en d et de 90 nm en b. La barre bleue mesure 2 micromètres.
Crédit : Xiang Zhang Research Lab
Igor Smolyaninov, de l'université du Maryland, fabrique sa superlentille en déposant sur un film d'or des cercles concentriques composés d'un polymèrepolymère (le PMMAPMMA, polyméthyl méthacrylate). Le principe est cependant assez différent.
Des cercles concentriques de PMMA déposés sur un film d'or deviennent une superlentille si l'on prend la peine de l'éclairer avec un laserlaser.
Crédit : Department of Electrical and Computer Engineering / Igor Smolyaninov
Cette petite structure est éclairée à l'aide d'un rayon laser qui génère dans le matériaumatériau une vaguevague d'électronsélectrons en mouvementmouvement, ce que l'on appelle un plasmonplasmon. Ce tsunamitsunami électronique se propage à l'interface or-PMMA et confère un indice de réfraction négatif. Les chercheurs annoncent avoir mesuré une résolution de 70 nanomètres.
Cette avancée aura probablement d'importantes conséquences car elle met à la portée de la microscopie optique des structures minuscules, comme l'ADNADN par exemple, étudiées avec d'autres techniques (microscopie électronique notamment) mais que l'on avait jamais vraiment vues de nos propres yeuxyeux...
