Création de structures photoniques à partir d’ailes de papillons

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On trouve dans la nature de nombreux exemples de structures photoniques et certains papillons aux ailes fortement colorées en sont une parfaite illustration. Cette coloration qui peut être due à une forte pigmentation, peut aussi résulter d’une structure périodique submicrométrique. C’est le cas du papillon d’Amérique centrale "morpho peleides" dont les ailes portent des écailles dont les dimensions sont de l’ordre de 100 microns, constituées d’une trentaine de lamelles parallèles qui se maintiennent ensemble à l’aide de nervures disposées dans une direction perpendiculaire. Ces structures organiques forment ainsi des cristaux photoniques à deux dimensions.
Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology à Atlanta a eu l’idée d’utiliser cette structure naturelle comme matrice pour fabriquer des nanostructures qui pourront ensuite être utilisée comme guide d’onde, ou éléments de circuits intégrés photoniques. La réplique de ces structures a été réalisée en déposant sur les ailes de papillon de l’alumine par le procédé Atomic Layer Deposition (ALD), en utilisant Al(CH3)3 comme précurseur. Cette technique a non seulement l’avantage d’être extrêmement précise au niveau de l’épaisseur de matériau déposé, mais présente également l’intérêt de pouvoir être utilisée à une température de 100°C, et ainsi de préserver les ailes de papillon durant le dépôt. Après dépôt, les échantillons sont chauffés à 800°C pour cristalliser l’alumine et simultanément brûler le moule organique de la structure. L’alumine polycristalline obtenue après recuit est ainsi beaucoup plus solide que le matériau amorphe déposé par ALD. Grace à l’excellente uniformité du film déposé, les répliques ainsi réalisées conservent la même structure et également les mêmes propriétés optiques que la structure organique.

Des couches d’alumine de 10, 20, 30 et 40 nm d’épaisseur ont été réalisées afin d’étudier l’influence de l’épaisseur de la structure sur la couleur réfléchie. Les spectres UV-visible obtenus en réflexion pour les divers échantillons et les ailes servant de matrice sont globalement très semblables, avec un pic de réflexion, qui est observé à 390 nm pour l’aile, et qui est légèrement déplacé en longueur d’onde pour les répliques, respectivement dans le vert, le jaune, l’orange et le rose pour des épaisseurs d’alumine de 10, 20, 30 et 40nm. Ces travaux montrent que les structures naturelles peuvent non seulement servir de modèle, mais également de moule pour la fabrication de nanostructures artificielles qui peuvent être exploitées pour leurs propriétés optiques particulières.

Source :

http://www.gatech.edu/news-room/release.php?id=1215

Rédacteur :

Roland Hérino - attache-phys.mst@consulfrance-houston.org - Romaric Fayol - deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….