Contrôler la couleur avec des nanoparticules de silicium

Micro reproduction de la « Composition en rouge, jaune, bleu et noir » de Piet Mondrian (à l’échelle 1 :1200, la taille 500 µm x500 µm) fabriquée en silicium amorphe sur un support de verre. L’image a été obtenue par un microscope optique en champ sombre. Le diamètre de nanoparticules cylindriques utilisées est de 70 nm pour la coloration en bleu, 100 nm pour le jaune, 130 nm pour le rouge et 210 nm pour le blanc. La hauteur de nano cylindres est de 175 nm. Les zones sans nanoparticules de silicium apparaissent en noir. L’original du tableau de Mondrian est exposé à Haags Gemeentemuseum aux Pays Bas.

Des particules de tailles nanométriques peuvent interagir de manière résonante avec la lumière incidente ce qui conduit à des couleurs très vives. Cette interaction existe pour les particules métalliques qui supportent des résonances plasmoniques et, également, pour les particules diélectriques qui supportent des résonances morphologiques, encore appelées résonances de Mie. Les chercheurs et les ingénieurs de deux laboratoires marseillais (l’Institut Fresnel et le CINAM) en collaboration avec l’Institut National des Nanosciences de Paris et l’Université Technologique de Troyes ont dernièrement exploité ces résonances morphologiques dans des particules diélectriques en silicium. Les étapes de fabrication des surfaces nanostructurées ont été réalisées à la plate-forme Planète du CINaM. Les résonances morphologiques ont été utilisées pour imprimer des images colorées sans pigment. La fréquence de résonance dépendant de la taille et de la forme de la particule, une palette de couleurs structurelles a pu être reproduite en modifiant le diamètre des particules. L’intérêt de cette technique de coloration a été mis en avant en reproduisant une toile de Mondrian à l’aide de particules de silicium sur un substrat transparent.

Pour en savoir plus : “All-dielectric colored metasurfaces with silicon Mie resonators”, J. Proust, F. Bedu, B. Gallas, I. Ozerov, and N. Bonod,

ACS Nano, 10, pp. 7761-7767, 2016