Penseur

samedi, janvier 06, 2007

Métamatériaux, invisibilité : hmm, du calme

J'aime bien le site Techno-sciences. Leurs articles sont souvent précis, et leurs photos sont belles. Ils permettent de bien suivre l'actualité scientifique : "techno", c'est large, et ça inclut pas mal de physique. Mais là, sur les métamatériaux et l'invisibilité, ils se sont emballés, à moins justement que le rédacteur de l'article soit plus "techno" que "physique".

Déjà, le titre est trop beau pour être vrai : Invisibilité: des métamatériaux opérationnels en lumière visible. La fabrication d'une "cape d'invisibilité" (voire mon ancien billet pour quelques détails) opérant dans le domaine visible est suggérée, mais elle est démentie dans le corps de l'article : les matériaux ont été mis au point, et ils pourraient servir à un dispositif d'invisibilité fonctionnant pour (certaines) longueurs d'onde visibles. Mais entre les métamatériaux et le dispositif, il reste beaucoup à faire : calculs, simulations, et surtout la réalisation proprement dite. Il faut aussi trouver le moyen d'élargir le spectre d'action de ces structures, pour qu'elles ne soient pas cantonnées à une seule longueur d'onde.

En fait, les applications les plus intéressantes à court terme se situent dans les domaines de l'optique et de l'électromagnétique, où les métamatériaux sont une petite révolution. Des lentilles d'indice négatif, c'est un rêve d'ingénieur opticien qui se réalise pour la correction des aberrations des lentilles traditionnelles, une meilleure résolution des objectifs, etc. En matière d'électromagnétisme, on peut imaginer des filtres de meilleure qualité, ou des guides d'onde, pour des communications radio plus précises. Des matériaux opérant dans le domaine teraHertz, habituellement difficile à atteindre, ont aussi été proposés.

Mais bon, le sensationnalisme, pourquoi cela serait-il réservé à la presse traditionnelle ? Et, pour être honnête, il faut avouer que la percée technique est à la fois impressionnante et prometteuse. D'ailleurs, en relisant mon billet précédent ou l’article de PhysicsWeb de l’époque, je me rends compte que le passage au domaine visible était vu comme peu probable, ce qui justifie le ton de l’article : passer ainsi d'un bond du centimètre au dixième de micromètre[1] est remarquablement rapide.

J’ai surtout été choqué, en fait, par les explications physiques déplorables, qui tranchent avec le niveau habituel de Techno-Science :

Ces deniers réfractent la lumière, ou les radiations électromagnétiques, à droite du rayon incident sous différents angles et vitesses. Les métamatériaux, quant à eux, permettent de réfracter la lumière vers la gauche, ou avec un angle négatif. Cette caractéristique donne aux scientifiques la possibilité de contrôler la lumière de la même façon que l'électricité peut être contrôlée grâce aux semi-conducteurs.

Hem.

C’est quoi, la « droite » et la « gauche » d’un rayon lumineux ? L’auteur veut bien sûr dire que le rayon réfracté dans un matériau d’indice négatif est dans le même demi-plan que le rayon incident, et il se trouve que sur le schéma utilisé (celui en haut de cet article), ce demi-plan est à gauche. Quand à « l’angle négatif », il s’agit bien évidement du sinus de l’angle qui est négatif, en accord avec la loi de Descartes-Snell : n1.sin(θ1) = n2.sin(θ2). L'auteur a peut-être aussi fait allusion au fait que les matériaux usuels suivent la loi de la main droite (règle qui provoque bien des contorsions chez les étudiants en physique : si le champ électrique est aligné sur le pouce de la main droite, le champ magnétique selon l'index, alors la direction de propagation est selon le majeur, orthogonalement aux deux autres doigts) alors que les matériaux d'indices négatifs suivent ce que l'on pourrait appeler la loi de la main gauche. D'où le nom, d'ailleurs, de matériaux gauchers.

L’électricité est « contrôlée » par les semi-conducteurs ? Bon, restons calme, dans les semi-conducteurs, le passage du courant est autorisé ou interdit grâce à l’action d’un courant auxiliaire, pour constituer une « porte logique » : rien à voir avec le type de contrôle envisagé pour les ondes electromagnétiques avec les métamatériaux. Ici, le contrôle possible se fera par les angles de réfraction, pour guider la lumière ou l’onde radio là ou on le souhaite, avec une meilleure précision. Et si les métamatériaux pourraient donner lieu à des portes logiques optiques, ce n’est pas le sujet du jour.

Allez, sans rancune monsieur Techno-Science : votre flux RSS est toujours sur ma page Netvibes, et je continuerai à écrire des articles grâce à vos news. Mais arrêtez là les bêtises, ok ?

PS : pour les curieux qui souhaiteraient en savoir plus sur les métamatériaux, je vous conseille les sites (en anglais) de l’Université de Duke (péchu), metamaterials.net (pour les news), et, surtout, la page de l’université de Karlshruhe, où vous pourrez trouver les explications physiques pour cette image d'un liquide d'indice négatif.

La page Wikipédia est en construction, et comporte plusieurs imprécisions pour l’instant, quand ce ne sont pas des erreurs factuelles. La discussion est en cours, mais mieux vaut l’éviter pour l’instant.



[1] Un métamatériau affecte la lumière non pas par sa nature (or, argent, silice, etc.), mais par sa structure (anneaux coupés, matériaux poreux, etc.). La taille de ces structures doit être plus petite que la longueur d’onde pour influencer la radiation, voire même beaucoup plus petite pour apparaître comme un matériau continu. D’où les dimensions nécessaires respectives, quelques millimètres pour les micro-ondes, quelques centaines de nanomètres pour le visible.

7 commentaires:

Oli a dit…

Juste pour signaler qu'au-delà de la technique de contournement de l'objet par les lignes de champ, on peut limiter l'invisbilité à des cas simples mais utiles pour certaines appplications. PLutôt que de rendre un avion "transparent" par contournement des ondes, on peut le rendre invisible en ce qu'il ne serait pas détectable. Les revêtements absorbants sont déjà une technique, mais assez primaire. Il y a aussi la possibilité d'utiliser des doubleurs de fréquence pour renvoyer une onde de fréquence deux fois plus grande, ce qui rend l'objet indétectable pour un radar qui bosse à dans un domaine trop étroit. D'ailleurs, l'équipe de Duke, en bossant sur les plasmons de surface, joue aussi sur cette non-observabilité: la lumière est absorbée au lieu d'être diffusée. La question de l'invisibilité implique donc aussi la question suivante: veut-on voir si Hermione Granger est cachée derrière Harry Potter, sachant que Harry Potter est lui recouvert d'une cape d'invisibilité.

Matthieu a dit…

bien sûr pour certains cas il n'y a pas besoin de l'invisibilité "transparente".

Par contre, il est possible que Harry Potter sous sa cape ne voit pas Hermione.

Tristan a dit…

Je suis d'accord sur le fait qu'utiliser des métamatériaux pour l'invisibilité à l'oeil nue est difficilement probable. Tout d'abord parce que la bande de fréquence est étroite... Et celle du visible est large. Et puis aussi car on atteind des dimensions trop petite pour pouvoir les réaliser les structures, à moins d'opérer autrement.

En revanche, tu oublie un domaine essentiel et important : les lentilles planes. Les métamatériaux permettent de s'affranchir de la limite de diffraction si bien connue. De ce fait, il sera possible de faire de la litographie plus fine et donc obtenir des composants rééllement nanométrique !

En tout cas, rappelons que les métamatériaux sont assez récent en recherche. Et les publications se font a foisons, et donc les avancées aussi... L'avenir nous garde encore des secrets...

Pour finir, la comparaison avec les semi-conducteurs n'est pas trop érronés. En effet, un SC permet de réaliser des "portes". Mais on envisage la même chose avec les métamatériaux car ils ont plusieurs états : comportement normale dans certaine fréquence et comportement à indice négatif dans d'autres fréquences. De ce fait, on pourrai imaginer une utilisation passant/non passant... Et des recherches sont effectués dans ce sens...

Manuel a dit…

Et l'ombre de l'objet ?

terahertz a dit…

Sympa la photo du liquide!

Anonyme a dit…

Tu devrai savoir que les éffets des méta-matériaux ne sont pas pour une fréquence précise mais est forcément étalé dans le spectre.
Le spectre de l'oeil est très restreint (la fréquence change très peu entre l'IR proche et l'UV proche), il est donc possible à partir d'un motif de pouvoir manipuler l'ensemble de ce spectre.
De plus, comme ce sont des champs internes au matériau qui ont la propriété de détourner le champ EM incident, cela veut dire que si t'envoie une onde qui 'na pas exactement la meme fréquence que celle prise en charge par le méta matériau, celle-ci reste très faiblement absorbée, et globalement contournante.

Bref renseigne toi aussi ;)

Anonyme a dit…

Je suis très intéressé par ces matériaux et par leurs capacités (que je n'arrive malheureusement pas à vraiment comprendre), mais une chose m'interpelle: si un objet est "invisible" dans une certaine longueur d'onde, il n'est pas indécelable dans cette longueur d'onde pour autant.
L'utilisation d'un faisceau de lumière cohérente peut permettre de le déceler à cause des interférences, puisqu'il ne fait que modifier le chemin optique des rayons...
Si je me gourre, merci de me dire où...