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Paris, 17 juillet 2012

Des nano-antennes bio-inspirées pour la lumière

Si les antennes radios amplifient les signaux de nos téléphones portables et de nos télévisions, le même principe peut s'appliquer à la lumière. Pour la première fois, des chercheurs du CNRS et de l'université d'Aix-Marseille(1) sont parvenus à fabriquer une nano-antenne à partir de courts brins d'ADN, de deux nanoparticules d'or et d'une petite molécule fluorescente qui capte et émet de la lumière. Cette antenne optique facile à manipuler et à contrôler, est décrite dans un article publié dans Nature Communications le 17 juillet 2012. A plus long terme, ces travaux pourraient permettre de développer des diodes luminescentes plus efficaces, des cellules solaires plus compactes ou encore être utilisés en cryptographie quantique.

Puisque la lumière est une onde, il devrait être possible de mettre au point des antennes optiques capables d'amplifier le signal lumineux de la même façon que les antennes de nos télévisions ou de nos portables captent les ondes radios. Or, la lumière oscillant un million de fois plus rapidement que les ondes radio, il faut des objets extrêmement petits de l'ordre du nanomètre(2) (nm) pour capter ces ondes lumineuses très rapides. C'est pourquoi, l'équivalent optique d'une antenne élémentaire (de type dipolaire) est un émetteur quantique(3) entouré de deux particules mille fois plus petites qu'un cheveu humain.

Pour la première fois, les chercheurs des Instituts Langevin et Fresnel¹ ont mis au point une telle nano-antenne bio-inspirée pour la lumière, simple et facile à manipuler. Sur de courts brins d'ADN synthétiques (10 à 15 nm de long), ils ont greffé des particules d'or (de 36 nm de diamètre) et un colorant organique fluorescent. La molécule fluoresc ente agit comme une source quantique qui alimente l'antenne en photons tandis que les nanoparticules d'or amplifient l'interaction entre l'émetteur et la lumière. Les scientifiques ont produit en parallèle plusieurs milliards de copies de ces paires de particules (en solution) en contrôlant la position de la molécule fluorescente au nanomètre près, grâce à l'ossature d'ADN. Ces caractéristiques dépassent largement les possibilités offertes par les techniques classiques de lithographies utilisées actuellement dans la conception des microprocesseurs. A plus long terme, une telle miniaturisation pourrait permettre le développement de diodes luminescentes plus efficaces, de détecteurs plus rapides et de cellules solaires plus compactes. Ces nano-sources de lumière pourraient également être utilisées en cryptographie quantique.

Représentation schématique d'une nano-antenne formée de deux nanoparticules d'or liées par un double-brin d'ADN et alimentée par un émetteur quantique unique.

Notes :

(1) Des chercheurs de l'Institut Langevin (CNRS / ESPCI Paris Tech / UPMC / Université Paris Diderot) à Paris et de l'Institut Fresnel (CNRS / Aix-Marseille Université / Ecole centrale de Marseille) à Marseille.
(2) Nanomètre : milliardième de mètre
(3) Objets individuels de taille infinitésimale dont les propriétés sont régies par les lois de la physique quantique, par exemple un atome ou une molécule qui ne peut émettre qu'un photon à la fois.

Références :

“Accelerated single photon emission from dye molecule driven nanoantennas assembled on DNA” Mickaël P. Busson, Brice Rolly, Brian Stout, Nicolas Bonod et Sébastien Bidault - Nature Communications, 17 juillet 2012

Contacts :

Chercheur CNRS l Sébastien Bidault l T. 01 80 96 30 40 l sebastien.bidault@espci.fr

Presse CNRS l Elsa Champion l T. 01 44 96 43 90 l elsa.champion@cnrs-dir.fr

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