Vous ne voyez jamais un paon fané. Les plumes lumineuses, irisées, vertes et bleues ne blanchissent pas au soleil et ne se décolorent pas avec le temps. C'est parce que la couleur vient de la structure, pas du pigment; les plumes elles-mêmes sont brunes et ce sont leurs formes minuscules qui provoquent une interférence des longueurs d'onde de la lumière, produisant les couleurs que vous voyez.
Le phénomène a été étudié pendant des centaines d'années, mais au cours des dix dernières années environ, les scientifiques ont commencé à intégrer ce type de colorisation à des structures artificielles, comme l'illustre un article publié aujourd'hui dans Science Advances . Xiaolong Zhu et une équipe de l'Université technologique du Danemark ont développé une méthode utilisant des lasers pour construire des nanostructures en germanium, reflétant les longueurs d'onde de couleurs particulières, et pouvant être utilisées pour construire des images en couleurs durables.
«Le plus important est que nous imprimions au laser haute résolution un grand nombre de couleurs avec un très fin film de germanium», explique Zhu.
Il appelle cela l'impression laser, bien que les bases de la couleur structurelle comportent un ensemble de colonnes microscopiques sur une surface plutôt que ce que nous considérons comme une imprimante laser normale. La taille et la forme de ces colonnes correspondent à la longueur d'onde de la lumière visible, de sorte que seules certaines longueurs d'onde puissent s'échapper des creux. Parmi les matériaux synthétiques, ce substrat est un métal ou un semi-conducteur. Dans ce cas, Zhu et son équipe ont posé du germanium sur des piliers en plastique, devenant ainsi les premiers à construire de telles structures en semi-conducteur sans mélange de métal.
Cela confère un avantage particulier: un laser de haute puissance, réglé sur la bonne fréquence, peut faire fondre le germanium de manière sélective. Le point de départ est un film mince de germanium, étiré sur une surface mince et flexible en plastique, avec des colonnes circulaires microscopiques s'étendant vers le haut. Lorsque les chercheurs frappent les colonnes avec le laser, celles-ci fondent d'un cercle en une sphère, ce qui fait passer la couleur de la matière du rouge au bleu. Les piliers ne faisant que 100 nanomètres de large, le processus peut fournir jusqu'à 100 000 ppp ou plus, ce qui est théoriquement la résolution maximale possible pour les imprimantes laser classiques.
Mieux encore, le degré de fusion est également contrôlable, ce qui signifie qu'une demi-sphère, ou une sphère partielle, peut montrer une couleur n'importe où sur le spectre visuel entre les deux extrêmes.
«Ce qu’ils résolvent vraiment ici, c’est un problème technique clé qui doit être résolu pour certaines applications de couleur structurelle. C’est ainsi que vous pouvez créer un système dans lequel vous pouvez écrire un motif en tant que couleur structurelle différente à différents endroits de la couleur. », explique Vinothan Manoharan, professeur de physique à Harvard, dont le laboratoire étudie un moyen différent de créer une couleur structurelle basée sur l’auto-assemblage de nanoparticules.
Une telle coloration structurelle imprimable est souhaitable pour sa durabilité. Comme le paon, ils ne se décoloreront pas.
"Cela ne disparaîtra pas avant longtemps", dit Zhu. «C'est l'avantage de ce type de technologie. L'encre des pigments s'estompera avec le temps, en particulier pour un usage extérieur. ”
Un laser imprimé 127 000 points par pouce dans cette image de la Joconde. (Université technique du Danemark) Bien que cette méthode nécessite un matériau surmonté d’un semi-conducteur (et pas particulièrement bon marché, même si l’équipe s’emploie actuellement à remplacer le germanium par du silicium plus facilement disponible), M. Zhu affirme que la couche de semi-conducteur est si fine (35 nanomètres) qu’elle est imprimée. devient réalisable pour de nombreuses applications. Il mentionne d’abord la sécurité et le stockage de l’information, car la haute résolution et la forte densité d’informations permises par le codage couleur s’y prêtent.
Un DVD pourrait venir avec un modèle de sécurité, dit-il. Ou, si les colonnes circulaires sont remplacées par des boîtes carrées, la lumière se polarise de manière particulière. Les informations peuvent être stockées, mais ne sont récupérées que sous la lumière correctement polarisée. Cela pourrait faire son chemin dans les filigranes ou «encre» pour la protection contre la contrefaçon en devises.
Cependant, ne cherchez rien sur les tablettes. Zhu et son équipe tentent toujours de résoudre un problème épineux mais important: comment produire un feu vert. Le vert est au centre du spectre, ce qui signifie qu'ils devront développer des structures pour absorber à la fois la lumière bleue et la lumière rouge. Ils développent actuellement des nanostructures plus complexes pour le faire, dit Zhu.
«Ils vont devoir résoudre d’autres problèmes pour réaliser les applications qu’ils souhaitaient réaliser», déclare Manoharan. «C'est un grand terrain maintenant. Il y a beaucoup de travail dans cet espace. Il y a un large éventail d'applications pour la couleur structurelle, et c'est en partie la raison pour laquelle il existe tant de techniques différentes. Pour cette application, mon opinion personnelle est que c'est vraiment bon pour les encres de sécurité. "
