Des scientifiques du MIT créent des films aux couleurs changeantes inspirés de l’holographie du XIXe siècle

Vidéo en temps réel capturant l’étirement d’un motif de couleur structurelle de 8 × 6 pouces qui présente un bouquet de fleurs en hommage aux travaux du physicien du XIXe siècle Gabriel Lippmann.

Les couleurs vives et irisées des ailes de papillon ou des coquilles de coléoptère ne proviennent d’aucune molécule de pigment, mais de la façon dont les ailes sont structurées – un exemple naturel de ce que les physiciens appellent les cristaux photoniques. Les scientifiques peuvent fabriquer leurs propres matériaux colorés structuraux en laboratoire, mais il peut être difficile d’étendre le processus pour des applications commerciales sans sacrifier la précision optique.

Aujourd’hui, les scientifiques du MIT ont adapté une technique de photographie holographique du XIXe siècle pour développer des films de type caméléon qui changent de couleur lorsqu’ils sont étirés. La méthode peut être facilement mise à l’échelle tout en préservant la précision optique à l’échelle nanométrique. Ils ont décrit leur travail dans un nouvel article publié dans la revue Nature Materials.

Dans la nature, les écailles de chitine (un polysaccharide commun aux insectes) sont disposées comme des tuiles. Essentiellement, ils forment un réseau de diffraction, sauf que les cristaux photoniques ne produisent que des couleurs ou des longueurs d’onde spécifiques de la lumière, tandis qu’un réseau de diffraction produira le spectre entier, un peu comme un prisme. Aussi connus sous le nom de matériaux à bande interdite photonique, les cristaux photoniques sont “accordables”, ce qui signifie qu’ils sont précisément ordonnés pour bloquer certaines longueurs d’onde de lumière tout en laissant passer d’autres. Modifiez la structure en changeant la taille des tuiles, et les cristaux deviennent sensibles à une longueur d’onde différente.

La création de couleurs structurelles comme celles que l’on trouve dans la nature est un domaine actif de la recherche sur les matériaux. Les applications de détection optique et de communication visuelle, par exemple, bénéficieraient de matériaux structurellement colorés qui changent de teinte en réponse à des stimuli mécaniques. Il existe plusieurs techniques pour fabriquer de tels matériaux, mais aucune de ces méthodes ne peut à la fois contrôler la structure aux petites échelles requises et s’étendre au-delà des paramètres de laboratoire.

Agrandir / Gabriel Lippmann au laboratoire de recherche en physique de la Sorbonne.

Ensuite, le co-auteur Benjamin Miller, étudiant diplômé du MIT, a découvert une exposition sur l’holographie au MIT Museum et s’est rendu compte que la création d’un hologramme était similaire à certains égards à la façon dont la nature produit une couleur structurelle. Il s’est plongé dans l’histoire de l’holographie et a découvert une technique de photographie couleur de la fin du XIXe siècle inventée par le physicien Gabriel Lippmann.

Comme nous l’avons signalé précédemment, Lippmann s’est intéressé au développement d’un moyen de fixer les couleurs du spectre solaire sur une plaque photographique en 1886, “par lequel l’image reste fixe et peut rester à la lumière du jour sans détérioration”. Il a atteint cet objectif en 1891, produisant des images en couleur d’un vitrail, d’un bol d’oranges et d’un perroquet coloré, ainsi que des paysages et des portraits, dont un autoportrait.

Le processus de photographie couleur de Lippmann consistait à projeter l’image optique comme d’habitude sur une plaque photographique. La projection se faisait à travers une plaque de verre recouverte d’une émulsion transparente de très fins grains d’halogénure d’argent sur l’autre face. Il y avait aussi un miroir de mercure liquide en contact avec l’émulsion, de sorte que la lumière projetée traversait l’émulsion, frappait le miroir et était réfléchie dans l’émulsion.

Étirement en temps réel du matériau de couleur structurel intégré comme capteur de pression colorimétrique dans un bandage. La vidéo a été tournée à l’extérieur pour démontrer la réponse chromatique robuste sous un éclairage naturel.

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