Les lentilles métamatériaux pourraient déclencher une transformation disruptive dans les instruments optiques

Récemment, une équipe de recherche de l'Université Harvard a construit une lentille de condensation plate et ultrafine en empilant des "nanobriques" de dioxyde de titane (TiO₂) d'une hauteur d'environ 600 nanomètres. Ce nouveau type de lentille pourrait entraîner un changement révolutionnaire dans les instruments optiques.

Les lentilles sont des composants indispensables dans de nombreux instruments optiques et produits électroniques. Les lentilles traditionnelles sont généralement fabriquées en verre ; cependant, en raison de leur volume et de leur poids inhérents, les lentilles en verre rendent souvent les instruments encombrants—ce problème devient encore plus prononcé lorsque plusieurs lentilles sont nécessaires.

Les métamatériaux ont longtemps été un axe de recherche clé dans le domaine des cristaux photoniques. L'essence des métamatériaux réside dans leurs nanostructures, dont la taille est inférieure à la longueur d'onde de la lumière. Ces structures peuvent "interagir de manière ludique" avec les photons à travers différentes formes, tailles et agencements : elles peuvent bloquer, absorber, renforcer ou réfracter les photons selon les besoins.

À ce jour, cependant, les métamatériaux n'ont pas été largement appliqués dans le domaine des lentilles optiques. La raison principale de cela (et aussi une différence majeure entre les lentilles en métamatériaux et les lentilles en verre) est que les métamatériaux sont hautement "sélectifs en longueur d'onde" pour la lumière. En d'autres termes, une lentille efficace pour la lumière rouge ne peut pas focaliser la lumière verte, et vice versa. De plus, le développement de matériaux adaptés au spectre de la lumière visible (perceptible par l'œil humain) s'est avéré assez difficile. Les premiers métamatériaux étaient principalement des matériaux plasmoniques de surface à base de silicium.

Récemment, un article académique publié dans la revue *Science* a démontré que l'application pratique des métamatériaux est désormais à portée de main. Une équipe de recherche de l'Université de Harvard a construit une lentille de condensation plate et aussi fine qu'une feuille de papier en empilant des "nanobriques" de dioxyde de titane (TiO₂) d'une hauteur d'environ 600 nanomètres. Le dioxyde de titane a été choisi principalement parce que ce matériau ne présente pas d'absorption significative de la lumière visible. Cette lentille métamatériau offre un grossissement efficace allant jusqu'à 170 fois, et la résolution des images agrandies est comparable à celle des lentilles en verre conventionnelles. Ce nouveau type de lentille pourrait en effet entraîner une transformation révolutionnaire des instruments optiques.

Néanmoins, les lentilles en métamatériaux ne peuvent actuellement être appliquées que dans des instruments utilisant des lasers (un type d'onde électromagnétique avec une seule longueur d'onde). Si le défi de la gestion des longueurs d'onde composites est surmonté un jour, tous les instruments optiques subiront un changement radical. Une fois cette percée réalisée, la taille des lentilles optiques sera considérablement réduite, leurs coûts chuteront drastiquement, et notre compréhension de la plupart des dispositifs optiques existants subira également une transformation radicale.