Des chercheurs créent le premier laser liquide à l’échelle nanométrique

Un groupe de scientifiques des universités Northwestern et Duke a trouvé le moyen de fabriquer un laser nanoscopique liquide dont les propriétés d’émission peuvent être modulées en temps réel.

Cette image montre un dispositif de nanolaser composé de réseaux de nanoparticules d'or et d'un canal microfluidique fabriqué en prenant en sandwich une feuille de silicone de 250 μm d'épaisseur avec une fente de 5 mm de large et de 15 mm de long au centre entre le substrat de nanoparticules d'or et une lame de microscope en verre. Crédit image : Ankun Yang et al.

Cette image montre un dispositif de nano-lasing constitué de réseaux de nanoparticules d’or et d’un canal microfluidique fabriqué en prenant en sandwich une feuille de silicone de 250 μm d’épaisseur avec une fente de 5 mm de large et de 15 mm de long au centre entre le substrat de nanoparticules d’or et une lame de microscope en verre. Crédit image : Ankun Yang et al.

“Le nano-laser liquide n’est pas un pointeur laser mais un dispositif laser sur une puce”, a déclaré le professeur Teri Odom de l’Université Northwestern, qui est l’auteur principal de l’étude publiée dans la revue Nature Communications.

Pour comprendre le concept, imaginez un pointeur laser dont la couleur peut être modifiée simplement en changeant le liquide qu’il contient, au lieu d’avoir besoin d’un pointeur laser différent pour chaque couleur désirée.

“La couleur du laser peut être modifiée en temps réel lorsque le colorant liquide dans le canal microfluidique au-dessus de la cavité du laser est modifié”, a déclaré le professeur Odom.

L’utilisation de matériaux à gain liquide présente deux avantages importants.

“Les molécules de colorant organique peuvent être facilement dissoutes dans des solvants ayant des indices de réfraction différents. Ainsi, l’environnement diélectrique autour des réseaux de nanoparticules peut être réglé, ce qui règle également la longueur d’onde du laser.”

“La forme liquide des matériaux de gain permet de manipuler le fluide dans un canal microfluidique. Ainsi, l’accord dynamique de l’émission laser est possible simplement en faisant circuler un liquide avec différents indices de réfraction. De plus, comme avantage supplémentaire de l’environnement liquide, les dispositifs de laser sur puce peuvent présenter une stabilité à long terme car les molécules de gain peuvent être constamment rafraîchies.”

En plus de changer de couleur en temps réel, le laser développé par l’équipe du professeur Odom présente des avantages supplémentaires par rapport aux autres nanolasers : il est simple à fabriquer, peu coûteux à produire et fonctionne à température ambiante.

La cavité du laser est constituée d’un réseau de nanoparticules d’or réfléchissantes, où la lumière est concentrée autour de chaque nanoparticule, puis amplifiée.

Notamment, lorsque la couleur du laser est accordée, la cavité des nanoparticules reste fixe et ne change pas ; seul le gain liquide autour des nanoparticules change.

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