La magie de l'activité optique non-linéaire intensifiée

L'optique non-linéaire exploite des moyens qui répondent de manière non-linéaire au rayonnement électromagnétique incident, modifiant sa longueur d'onde (et sa fréquence) et donc sa couleur. Les effets optiques non-linéaires pertinents au niveau industriel incluent la diffusion Raman, l'absorption par deux photons et une génération harmonique élevée.

Récemment, des matériaux composites composés de polymères soigneusement sélectionnés et de nanoparticules de métal ont montré produire des ordres de grandeur d'activité non-linéaire optique supérieurs aux matériaux classiques. Le projet COMPONLO («Polymer / metal nanoparticles composites with enhanced non-linear optical properties»), financé par l'UE, a été lancé pour effectuer une évaluation systématique de ces matériaux.

Les scientifiques ont choisi deux systèmes copolymères avec différentes températures de transition du verre, l'une des propriétés les plus importantes de tout époxy. La température de transition du verre est en fait une plage de températures sur laquelle le polymère passe de fragile comme du verre à souple et caoutchouteux. Les deux systèmes copolymères ont été synthétisés avec et sans nanoparticules d'or (Au).

Les chercheurs ont utilisé une technique appelée «corona poling» pour évaluer l'induction ou l'augmentation des propriétés optiques non-linéaires. La technique «corona poling» aligne les molécules dans un film polymère ou un polymère de telle sorte que son indice de réfraction change lorsqu'il est soumis à un champ électrique externe.

Ils ont découvert que les polymères dans la famille des températures de transition basses présentaient un comportement optique non-linéaire (seconde génération harmonique ou SGH) même avant le corona poling. Le «corona poling» a temporairement diminué le signal mais il a été récupéré après vieillissement à température ambiante. Les nanoparticules Au ont considérablement amélioré la SGH par rapport à celle des polymères vierges.

Les copolymères purs dans la famille des températures de transition du verre supérieures présentaient des propriétés optiques non-linéaires uniquement après polarisation. L'ajout de nanoparticules de Au induisait des non-linéarités même sans polarisation mais réduisait le signal SGH après par rapport à celui des copolymères purs indépendamment du contenu en Au. Il est possible que les nanoparticules de AU bloquent l'alignement moléculaire après la polarisation, verrouillant de la sorte la configuration macromoléculaire. En outre, des structures nano-tiges ou nano-coquilles de Au interféraient avec le développement de l'activité optique non-linéaire, probablement due à la diffusion de la lumière produite par la SGH par des particules Au surdimensionnées.

Les résultats du projet COMPONLO sont parmi les premiers qui caractérisent de manière systématique une nouvelle catégorie prometteuse de matériaux avec une activité optique non-linéaire améliorée. Ils posent les bases de l'exploitation du phénomène dans d'intéressants nouveaux dispositifs.