Le modèle de la nature: la structure de surface des yeux de papillon montre à quel point il est facile et peu coûteux de créer un anti-reflet de haute qualité - également pour les rayons UV et la haute énergie laser
Stuttgart - Un papillon nocturne reste invisible aux vues de l’ennemi, même s’il ne rejette pas la moindre lumière. C'est pourquoi leurs yeux composés sont également anti-réfléchissants - contrairement à certains pics de mouche très brillants. À présent, les chercheurs de Stuttgart ont examiné de plus près les yeux du papillon de nuit et ont mis au point une technique permettant de transférer leur structure simplement et favorablement vers des matériaux optiques. Contrairement aux procédés antireflet antérieurs, les surfaces modifiées agissent sur une grande partie du spectre optique et sont totalement indépendantes de l'angle d'incidence, sans absorber de lumière, ont rapporté les chercheurs dans la revue "Nano Letters". Le modèle de rôle de la nature ne devrait pas seulement aider à lisser les fenêtres et les présentoirs. Même les méthodes de microscopie modernes, la production de puces par lithographie et le rendement en cellules solaires pourraient être considérablement améliorés.
"Ainsi, des écrans à faible réflexion, des présentoirs, des verres de lunettes et des vitres peuvent être produits, par exemple dans les voitures ou dans les bâtiments", explique Joachim Spatz, professeur à l'Institut Max Planck de Stuttgart pour la recherche sur les métaux. Son équipe, composée de collègues du département des nouveaux matériaux et des biosystèmes et de Robert Brunner de Carl Zeiss AG, a d’abord analysé la structure des yeux de papillon de nuit: une configuration périodique de protubérances colonnaires nanoscopiquement petites. Celles-ci sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière et permettent une transition moins abrupte entre les différents indices de réfraction de l'air et de la cornée. Parce qu’une partie de la lumière est généralement réfléchie aux interfaces, lorsque l’indice de réfraction change de façon abrupte, ainsi qu’à la transition entre l’air et le verre. Environ quatre pour cent de la lumière peuvent être perdus par réflexion, avec des angles d'incidence plats, l'effet est amplifié.
Après analyse, les chercheurs ont mis au point une méthode permettant de transférer la structure sur des substrats de verre et de quartz pour systèmes optiques. Ils recouvrent d'abord les surfaces de nanoparticules, puis les gravent à l'aide de plasmas ioniques. Dans la première étape, les polymères sont dissous dans du toluène pour former de minuscules sphères. Les sels d’or ajoutés y sont incorporés, par simple immersion du verre de quartz, les sphères de polymère dorées y forment un mince revêtement. Un plasma d'hydrogène aide ensuite à éliminer les coquilles organiques des sphères: un motif dense de particules d'or d'environ sept nanomètres reste à la surface du verre. "Celles-ci sont ensuite utilisées dans un deuxième temps comme masque d'ombre lors de la gravure au plasma des structures oculaires de mites dans l'interface optique", a déclaré Spatz. Au cours du processus, les particules d'or se rétrécissent de plus en plus et disparaissent, mais restent sous elles de minuscules colonnes se rapprochant de la structure de la surface des yeux de la mouche.
"Selon le matériau, des échantillons de structures en colonnes pyramidales et creuses, similaires au modèle biologique, peuvent être produits à moindre coût et simplement", explique Spatz, expliquant les perspectives de la méthode. Pour les méthodes modernes de lithographie et de microscopie, ce serait très bien, car le problème de la perte de lumière se pose de plus en plus, car la lumière dans les systèmes optiques complexes doit toujours traverser plusieurs lentilles à la suite. Les pertes de réflexion s'additionnent. Les revêtements antireflet classiques utilisent les interférences pour annuler la lumière incidente et réfléchie en superposant les ondes lumineuses - ceci évite les interférences de la lumière réfléchie, mais elle est toujours perdue. De plus, la production est compliquée et coûteuse et ne convient guère aux longueurs d’ondes UV et aux faisceaux de haute énergie laser.