AT10 Les méta matériaux matériaux et propriétés
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Les métamatériaux : Matériaux et propriétés électromagnétiques artificiels De l’indice négatif à l’invisibilité Michel-François Foulon UdPPC – Toulouse – 26 octobre 2009 Méta quoi? Métamatériaux : Structuration de la matière à une échelle petite devant la longueur d’onde pour lui conférer des propriétés électro-magnétiques inexistantes à l’état naturel Plan De l’indice négatif… La loi de Snell-Descartes et optique classique n<0 et conséquences Propriété des méta – matériaux « main gauches » Technologies et prototypes Réseaux de fils et boucles de courant à 100 GHz Lignes de transmission à 300 GHz …à l’invisibilité Formules de transformation Prototype La loi de Snell-Descartes Par continuité de la composante tangentielle Source Wikipédia Optique géométrique Lentille convergente Source Wikipédia Et si n<0? n = µε < 0 µ < 0 ε < 0 B = µ H E = ε D Le trièdre devient « gaucher » Vecteur d’ondes k et vecteur de Poynting parallèles dans le cas droitier anti - parallèles dans le cas gaucher ρ Vg ρ Vϕ Rétro propagation des fronts de phase La réfraction devient « négative » Lentille à bords parallèle : Point focal dans la lentille Absence d’aberration La réfraction devient « négative » Electrodynamics of substances with neghative values of and Veselago La lentille devient « parfaite » La lentille devient « parfaite » Sub–Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens Nicholas Fang et al, Science, April 2005 Transfert de masque d’un motif nanostructuré dans une résine photosensible grace à un film d’argent (35 nm). A: masque Cr réalisé par lithographie électronique (image FIB). B: image AFM de la résine développé C: même image sans utilisation de la superlentille Technologies et prototypes Comment effectivement obtenir n < 0 superposition de milieu à ε < 0 (réseau de fils) et µ<0 (boucles de courant) Schéma dual de ligne de transmissions Cristaux photoniques ε<0 – Réseau de fils Comportement dans films métalliques décrit par ε < 0 Abaissement de la fréquence plasma fP = 2,18 PHz pour l'or Caractère passe-haut du réseau de fils ω p2 ε (ω ) = 1 − 2 ω J. B. Pendry et al : Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures. Physical Review Letters, vol. 76(25) : 4773-4776 (June 1996). µ<0 – Boucles de courant Boucles de courant excitées par un champ magnétique J. Pendry et al : Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 47(11) : 2075-2084 (1999). Protoype à 100 GHz Motifs métalliques sur lamelles de quartz Protoype à 100 GHz M. Gokkavaset al : Experimental demonstration of a left-handed metamaterial operating at 100 GHz. Physical Review B (Condensed Matter and Materials Physics), vol. 73(19) : 193103 (2006). Prototype à 10 GHz Lignes de transmission (C’/dz, L’/dz) vϕ = ω c = β n vg = δω δβ 1 ω =− β L' C' 1 vϕ = − 2 β L' C' (Cdz, Ldz) ω = vϕ = β LC 1 LC Lignes de transmission main gauche Lignes de transmission main gauche : prototype à 300 GHz φ2 − φ1 = − ω .n(ω ) c0 (d 2 − d1 ) Optique – Barreaux métalliques J. Valentine et al : Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index. Nature, page 07247 (August 2008). Invisibilité : Formules de transformation a b Invisibilité : Démonstration à 8,5 GHz Simulation CST D. Schurig et al., Sciencexpress, (2006) A. Cho, Science, vol 314, 403 (2006) Caractérisation F=8.5 GHz Invisibilité : Démonstration à 8,5 GHz Conclusion Nouvelles possibilité de guider, filtrer, router les ondes à partir de matériaux fabriqués en laboratoire Applications potentilles à l’imagerie, les télécommunications, les antennes Problèmes de l’isotropie, de la dépendance en fréquence et des pertes à adresser Remerciements L’ Union des professeurs de physique et de chimie (Mme Portier, Mr Basuyaux, Mr Lagoute) L’équipe du professeur Lippens de l’Institut d’Electronique, Microélectronique et nanotechnologies de Villeneuve d’Ascq Thomas Crépin (ONERA) Mr Descartes et Einstein, Alice et Harry Potter pour leur participation Réseau de fils et anneaux
