Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue scientifique Scientific Reports de la maison d'édition Nature.
L'élaboration du modèle d'un nouveau métamatériau dissimulant les nanocapteurs se déroule dans le cadre du projet russo-italien ANASTASIA (Advanced Non-radiating Architectures Scattering Tenuously And Sustaining Invisible Anapoles), qui a pour objectif de modéliser, puis de créer un métamatériau permettant de rendre les objets invisibles au niveau nanométrique dans toutes les spectres d'ondes, indique le communiqué de presse de la MISiS.
Actuellement, les chercheurs de différents pays ont accumulé une expérience de création de matériaux et d'objets transparents dans un spectre d'ondes étroit, permettant de dissimuler les objets uniquement sous un certain angle. Les membres du projet ANASTASIA se fixent pour objectif de créer de telles structures et d'élaborer une théorie permettant de modéliser, puis de créer des métamatériaux dissimulant sous tous les angles et dans un large spectre.
«En réalité, il est plus simple de dissimuler un grand objet qu'un petit», explique Anar Ospanova, doctorante du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs de la MISiS et auteure de l'article, citée dans le communiqué. Il existe différentes techniques de dissimulation et technologies furtives, note-t-elle. «Mais quand il s'agit d'objets nanodimensionnels, par exemple d'aiguilles-capteurs en biomédecine ou en physique, la situation se complique. En général, les nanocapteurs sont comparables aux objets étudiés, c'est pourquoi quand ils se retrouvent à l'intérieur ils influencent fortement le milieu environnant: ils changent la pression à l'intérieur, dissipent le rayonnement, et il devient difficile de comprendre où sont les caractéristiques de l'aiguille et où sont celles de l'objet en soi. Nous avons décidé de dissimuler le rayonnement des nanocapteurs de sorte à augmenter la précision de leur travail», précise l'experte.
Le principal élément du métamatériau mis au point par les auteurs de ce travail est ce qu'on appelle la métamolécule, composée de quatre cylindres-diélectriques de tantalate de lithium d'un rayon de 5 microns. En formant une sorte d'enveloppe pour le nanocapteur, les diélectriques interagissent avec le rayonnement en générant ce qu'on appelle un anapôle — un diffuseur non rayonnant — et au final l'objet devient invisible à l'observateur extérieur.
Pour leurs calculs, les chercheurs ont utilisé un conducteur métallique de 2,5 microns de rayon imitant un nanocapteur et possédant une très forte dispersion d'ondes, ce qui a permis d'effectuer des calculs pour le niveau de rayonnement le plus élevé possible. La modélisation s'est déroulée dans le spectre térahertzien, entre les fréquences infrarouge et ultra-hertzienne.
Selon le maître de conférences Alexeï Bacharine, responsable du projet ANASTASIA du côté de la MISiS, le métamatériau mis au point pourrait être utilisé dans la biomédecine, par exemple, en tant qu'enveloppe du chlorure de potassium compatible avec l'organisme humain.
«Il faut faire en sorte que l'objet n'interagisse pas avec la lumière dans de nombreux cas de figure: par exemple, lors de l'acheminement de médicaments à nano-niveau. Notre objectif final consiste à créer une métamolécule dans laquelle la dispersion de l'objet et de son enveloppe se rencontreraient en se neutralisant et en rendant le tout invisible dans le spectre d'ondes voulu», souligne Alexeï Bacharine.
La prochaine étape de la recherche — la création expérimentale de la structure proposée en laboratoire — est prévue pour l'automne 2018.