substance

matériaux de manipulation de la lumière

Matériaux ou structures qui contrôlent, capturent ou répondent à la lumière de manière novatrice.
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Description

Les matériaux de manipulation de la lumière sont des substances ou des structures conçues pour contrôler, capturer ou répondre à la lumière d'une manière que l'on ne trouve pas dans la nature. Cela inclut des matériaux qui courbent la lumière autour d'objets (capes d'invisibilité), changent de couleur en réponse à des stimuli externes (matériaux chromiques), ou créent des faisceaux de lumière structurés avec des propriétés inhabituelles comme le moment angulaire orbital. Le domaine s'étend des métamatériaux à indice de réfraction négatif aux cristaux photoniques qui piègent la lumière, et même aux matériaux quantiques où les interactions lumière-matière sont fondamentalement modifiées.

Histoire

Le concept est né des travaux théoriques de Victor Veselago en 1967 sur les matériaux à indice de réfraction négatif, suivis par les réalisations expérimentales de métamatériaux par David Smith et ses collègues en 2000. Les cristaux photoniques ont été proposés par Eli Yablonovitch et Sajeev John en 1987.

Comment ça marche

Ces matériaux fonctionnent en structurant la matière à des échelles comparables à la longueur d'onde de la lumière, typiquement du nanomètre au micromètre. Par exemple, les métamatériaux utilisent des réseaux de résonateurs sub-longueur d'onde pour obtenir une permittivité et une perméabilité effectives non disponibles dans les matériaux naturels, permettant une réfraction négative. Les cristaux photoniques créent des structures diélectriques périodiques qui forment des bandes interdites photoniques, empêchant la propagation de la lumière dans certaines directions. Les matériaux chromiques modifient leurs propriétés optiques par des transformations chimiques ou physiques déclenchées par la chaleur, la lumière ou des champs électriques.

En pratique

Utilisés dans les dispositifs de camouflage optique, les cellules solaires à haut rendement, les peintures et écrans à changement de couleur, et dans la création de lumière structurée pour les pinces optiques et les communications à haute capacité.

Anecdote

Certains matériaux de manipulation de la lumière peuvent créer une « lumière lente » où la lumière se déplace à des vitesses inférieures à 10 mètres par seconde, assez lentement pour être vue se déplacer à travers le matériau.

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