Feu vert sur les atomes d'or

Les atomes ou les molécules étant 100 à 1000 fois plus petits que la longueur d'onde de la lumière visible, il est notoirement difficile de recueillir des informations sur leur dynamique, surtout lorsqu'ils sont intégrés dans des structures plus grandes.

Afin de contourner cette limitation, les chercheurs conçoivent des nano-antennes métalliques qui concentrent la lumière dans un volume minuscule afin d'améliorer considérablement tout signal provenant de cette région. Les nano-antennes sont l'épine dorsale de la nanoplasmonique, un domaine qui a un impact profond sur la biodétection, la photochimie, la conversion d'énergie solaire et la photonique.

Des chercheurs de l'EPFL, dirigés par le professeur Christophe Galland de la Faculté des sciences de base, ont découvert qu'en envoyant une lumière laser verte sur une nano-antenne en or, son intensité est localement augmentée au point de faire sortir les atomes d'or de leur position d'équilibre, tout en maintenant l'intégrité de la structure globale. La nano-antenne en or amplifie également la très faible lumière diffusée par les défauts atomiques nouvellement formés, la rendant visible à l'œil nu.

Cette danse des atomes à l'échelle nanométrique peut ainsi être observée sous forme de flashs de fluorescence orange et rouge, qui sont les signatures d’atomes subissant des réarrangements. "De tels phénomènes à l'échelle atomique seraient difficiles à observer in situ, même à l'aide de microscopes électroniques ou à rayons X très sophistiqués, car les défauts atomiques émettant les flashs lumineux sont enfouis dans un environnement complexe parmi des milliards d'autres atomes", explique Christophe Galland.

Ces résultats inattendus soulèvent de nouvelles questions sur les mécanismes microscopiques exacts par lesquels une faible lumière verte continue peut mettre en mouvement certains atomes d'or. "La réponse à ces questions sera essentielle pour faire passer les nano-antennes optiques du laboratoire au monde des applications - et nous y travaillons", déclare Wen Chen, premier auteur de l'étude.

Autres contributeurs

• Université de Wuhan
• Laboratoire Max Planck-EPFL pour les nanosciences moléculaires