Les performances de la spectroscopie et de l’imagerie optique haute résolution se heurtent aux phénomènes de diffraction qui limitent la résolution spatiale des instruments à la moitié de la longueur d’onde de la lumière utilisée. Il est cependant important de pouvoir disposer de sources de rayonnement cohérent dans le domaine de l’infra rouge moyen pour analyser les caractéristiques de surface à l’échelle nanométrique d’échantillons chimiques ou biologiques. Le développement des microscopes à champ proche (SNOM, Scanning Near Field Optical Microscope) a montré que l’on pouvait s’affranchir des limitations de la diffraction, et des exemples de caractérisation haute résolution de polymères ou de virus ont été réalisées dans l’infrarouge en utilisant des SNOM adaptés à cette gamme de longueur d’onde.
Dans l’objectif de développer de telles sources cohérentes, une équipe de scientifiques menée par Federico Capasso à Harvard University (Cambridge, MA) vient de proposer un dispositif capable de confiner le champ électromagnétique émis par une diode laser dans l’infra rouge moyen jusqu’à un soixante dixième de longueur d’onde, soit un confinement spatial de moins de 100 nm. Le dispositif est fabriqué à partir d’un laser à cascade quantique sur lequel a été implantée une antenne plasmonique formée de deux nano barreaux d’or séparés par un très faible gap d’une centaine de nanomètres. L’antenne plasmonique repose sur une couche d’Al2O3 préalablement déposée sur la région active du laser à cascade quantique et elle est fabriquée par dépôt d’un film d’or qui est ensuite gravé par faisceau d’ions focalisés pour former les deux barreaux.
Lorsque le laser émet de la lumière, un champ électrique intense se forme entre les deux barreaux de sorte que la lumière est confinée sur une zone de largeur identique à celle qui sépare les barreaux. De telles antennes optiques ont été implantées sur des lasers à cascade quantique émettant à des longueurs d’onde de 7 micro-m et de 5,3 micro-m, et ont été caractérisées en utilisant un SNOM. Le confinement du champ mesuré est inférieur à 100 nm comme prévu par les simulations, et ne dépend pas de la longueur d’onde d’émission, mais de la valeur du gap entre les barreaux d’or.
Source :
– "Harvard University engineers demonstrate quantum cascade laser nanoantenna" – 22/10/2007 – Eurekalert – https://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-10/hu-hue102207.php
– "New Lasers Peer into Cells" – 30/10/2007 – MIT Technology Review – https://www.technologyreview.com/Infotech/19638/
– Publication parue dans applied physics letters : "Plasmonic quantum cascade laser antenna" – Nanfang Yu, Ertugrul Cubukcu, Laurent Diehl, Mikhail A. Belkin, Kenneth B. Crozier, and Federico Capasso, David Bour, Scott Corzine, and Gloria Höfler – Appl. Phys. Lett. 91, 173113 (2007)
Pour en savoir plus, contacts :
– Laser à cascade quantique : https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_cascade_laser
– Site internet du groupe de Federico Capasso : https://www.seas.harvard.edu/capasso
Code brève
ADIT : 51658
Rédacteur :
Romaric Fayol [email protected] – Roland Hérino [email protected]
