Des structures plasmoniques pour étendre la portée des transferts d’énergies inter-moléculaires

Des chercheurs de l’Institut Langevin viennent de publier dans Physical Review Letters une expérience qui montre qu’il est possible, grâce à un simple miroir d’argent, d’étendre d’un facteur mille la portée du transfert d’énergie entre molécules.

Les transferts d’énergie entre molécules sont des processus élémentaires observés dans de nombreux domaines, de la biologie à la physique. A titre d’exemple, certains organismes impliqués dans la photosynthèse présentent des transferts d’énergie entre des molécules « donneurs » (antennes collectrices) et des molécules « accepteurs » (centres réactionnels) qui sont particulièrement efficaces. Cependant, ce processus est limité à des distances entre molécules très courtes, typiquement de l’ordre de quelques nanomètres.

Nous avons démontré que, en utilisant un simple miroir d’argent, il est possible d’augmenter d’un facteur mille l’étendue du transfert d’énergie. Dans ce cas, les ondes électromagnétiques impliquées dans le processus habituel sont remplacées par des ondes guidées se propageant à l’interface entre la surface d’argent et le milieu environnant (de l’air par exemple, ou une couche de polymère). Ces ondes, appelés plasmons de surface, transportent l’énergie sur de grandes distances (distances allant jusqu’à plusieurs micromètres pour la lumière visible). Ceci permet d’augmenter considérablement la distance entre le donneur et l’accepteur. Notre travail démontre pour la première fois que la distance sur laquelle a lieu le transfert d’énergie et son efficacité peuvent être fortement augmentés grâce à l’exploitation des plasmons de surface.

Augmenter l’efficacité du transfert d’énergie pourrait permettre d’importantes innovations pour une grande variété d’applications, allant de la collection de l’énergie solaire à l’étude d’interactions biologiques ayant lieu sur des échelles difficilement accessibles avec les techniques actuelles.

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