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les chercheurs développent des dispositifs photoniques extensibles et flexibles

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les chercheurs développent des dispositifs photoniques extensibles et flexibles

2016-11-24

un nouveau matériel produit par juejun hu et son équipe peut être étiré à plusieurs reprises sans perdre ses propriétés optiques. crédit: institut de technologie du Massachusetts


Des chercheurs de Mit et de plusieurs autres institutions ont mis au point une méthode de fabrication de dispositifs photoniques - semblables aux dispositifs électroniques mais basés sur la lumière plutôt que sur l'électricité - qui peuvent se plier et s'étirer sans dommage. les dispositifs pourraient trouver des utilisations dans des câbles pour connecter des dispositifs informatiques, ou dans des systèmes de diagnostic et de surveillance qui pourraient être attachés à la peau ou implantés dans le corps, fléchissant facilement avec le tissu naturel.


Les résultats, qui impliquent l'utilisation d'un type de verre spécial appelé chalcogénure, sont décrits dans deux articles par le professeur agrégé Juejun Hu et plus d'une douzaine d'autres à Mit, l'université de Floride centrale et des universités en Chine et en France. Le document devrait bientôt être publié: science et applications.


hu, qui est le merton c. Flemings professeur agrégé de science des matériaux et de l'ingénierie, dit que beaucoup de gens sont intéressés par la possibilité de technologies optiques qui peuvent s'étirer et se plier, en particulier pour des applications telles que les dispositifs de surveillance montés directement sur la peau. de tels dispositifs peuvent, par exemple, détecter simultanément la fréquence cardiaque, les niveaux d'oxygène dans le sang et même la pression sanguine.


les dispositifs photoniques traitent directement les faisceaux lumineux, en utilisant des systèmes de leds, de lentilles et de miroirs fabriqués avec les mêmes types de procédés que ceux utilisés pour la fabrication de micropuces électroniques. l'utilisation de faisceaux lumineux plutôt qu'un flux d'électrons peut présenter des avantages pour de nombreuses applications; si les données d'origine sont basées sur la lumière, par exemple, le traitement optique évite le besoin d'un processus de conversion.


mais la plupart des dispositifs photoniques actuels sont fabriqués à partir de matériaux rigides sur des substrats rigides, et présentent donc une \"incompatibilité inhérente\" pour les applications qui \"devraient être douces comme la peau humaine\", mais la plupart des polymères ont une faible réfraction. indice, ce qui conduit à une faible capacité à confiner un faisceau de lumière.


Au lieu d'utiliser de tels matériaux flexibles, hu et son équipe ont adopté une approche novatrice: ils ont formé le matériau rigide - en l'occurrence une mince couche d'un type de verre appelé chalcogénure - en une spirale semblable à un ressort. tout comme l'acier peut être fait pour s'étirer et se plier lorsqu'il est formé en un ressort, l'architecture de cette bobine de verre lui permet de s'étirer et de se plier librement tout en conservant ses propriétés optiques désirables.


une vue de la configuration du laboratoire qui a été utilisée pour tester les nouveaux matériaux, démontrant qu'ils pouvaient être étirés et fléchis sans perdre la capacité de confiner les faisceaux lumineux et d'effectuer un traitement photonique. crédit: institut de technologie du Massachusetts


«Vous vous retrouvez avec quelque chose d'aussi flexible que le caoutchouc, qui peut se plier et s'étirer, et qui a toujours un indice de réfraction élevé et qui est très transparent», dit-il. des tests ont montré que de telles configurations de type ressort, réalisées directement sur un substrat polymère, peuvent subir des milliers de cycles d'étirage sans dégradation détectable de leurs performances optiques. l'équipe a produit une variété de composants photoniques, interconnectés par les guides d'ondes souples et à ressort, le tout dans une matrice de résine époxy, qui a été rendue plus rigide près des composants optiques et plus flexible autour des guides d'ondes.


D'autres types de photonique étirable ont été réalisés en incorporant des nanotiges d'un matériau plus rigide dans une base de polymère, mais ceux-ci nécessitent des étapes de fabrication supplémentaires et ne sont pas compatibles avec les systèmes photoniques existants, dit-il.


de tels circuits photoniques étirables et flexibles pourraient également être utiles pour des applications où les dispositifs doivent se conformer aux surfaces irrégulières d'un autre matériau, comme dans les jauges de contrainte. La technologie optique est très sensible à la déformation, selon hu, et pourrait détecter des déformations inférieures à un centième de 1%.


cette recherche est encore à ses débuts; L'équipe de hu a démontré seulement des dispositifs simples à la fois jusqu'ici. «Pour que cela soit utile, nous devons démontrer tous les composants intégrés sur un seul appareil», dit-il. Des travaux sont en cours pour développer la technologie jusqu'à ce stade, afin qu'elle puisse être appliquée commercialement, ce qui pourrait prendre encore deux ou trois ans.


Dans un autre article publié la semaine dernière en photonique de la nature, hu et ses collaborateurs ont également développé une nouvelle manière d'intégrer des couches photoniques en verre de chalcogénure et des matériaux bidimensionnels tels que le graphène avec des circuits photoniques semi-conducteurs conventionnels. Les procédés existants pour intégrer de tels matériaux nécessitent qu'ils soient réalisés sur une surface puis décollés et transférés sur la plaquette semi-conductrice, ce qui ajoute une complexité significative au procédé. à la place, le nouveau procédé permet de fabriquer les couches directement sur la surface du semi-conducteur, à température ambiante, ce qui permet une fabrication simplifiée et un alignement plus précis.


le procédé peut également utiliser le matériau chalcogénure comme «couche de passivation» pour protéger les matériaux 2-D de la dégradation causée par l'humidité ambiante et comme moyen de contrôler les caractéristiques optoélectroniques des matériaux 2-D. la méthode est générique et pourrait être étendue à d'autres matériaux 2-d émergents en plus du graphène, pour étendre et accélérer leur intégration avec les circuits photoniques, dit-il.


source: phys


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