Les chercheurs ont conçu et démontré des guides d'ondes extensibles qui maintiennent une transmission de signal stable efficace des polaritons plasmon de surface même lorsqu'ils sont pliés, tordus ou étirés. Ces guides d'ondes plasmoniques pourraient permettre d'intégrer de manière transparente les fonctions avancées de détection, de communication et de surveillance de la santé en matériaux portables quotidiens.
Les guides d'ondes plasmoniques sont de minuscules structures qui guident la lumière en la couplant avec des électrons sur une surface métallique. Les nouveaux guides d'ondes flexibles transmettent ce que l'on appelle les polaritons plasmon de surface parodie, qui se forment avec des longueurs d'onde plus longues – les fréquences radio-radio – plutôt que la lumière infrarouge ou visible conventionnelle.
« Bien que notre travail soit toujours au stade de la recherche, il met en évidence la possibilité passionnante de fusionner des technologies électromagnétiques avancées avec des matériaux doux et extensibles », a déclaré le chef de l'équipe de recherche Zuojia Wang de l'Université du Zhejiang. « Cela nous rapproche d'un avenir où les soins de santé et la connectivité avancés sont intégrés dans ce que nous portons. »
Dans le journal Matériaux optiques exprimésles chercheurs décrivent leurs guides d'ondes plasmoniques de surface élastiques, qui récupérent complètement leur taille et leur forme d'origine après avoir été étirées. Ils montrent expérimentalement que les guides d'ondes atteignent une transmission de signal stable avec une efficacité élevée et un confinement d'énergie électromagnétique forte même lorsqu'il est étiré ou plié.
« Des guides d'ondes plasmoniques extensibles pourraient un jour être intégrés dans des appareils portables et textiles qui surveillent les signes vitaux, prennent en charge la communication sans fil ou permettent un suivi de santé discret », a déclaré Wang. « Cette technologie pourrait également contribuer à une électronique plus confortable, fiable et compatible avec le corps, telles que des vêtements intelligents pour une surveillance médicale continue, des dispositifs de communication doux pour les urgences ou des interfaces flexibles qui relient les humains aux machines et aux robots. »
Guides d'ondes pliables
Par rapport à leurs homologues infrarouges et visibles, les plasmons de surface usurpés sont plus faciles à intégrer à l'électronique, peuvent permettre des appareils plus petits et peuvent mieux pénétrer des matériaux comme les plastiques et les vêtements. Bien que cela les ait rendus attrayants pour la détection textile, il a été difficile de créer des matériaux conducteurs extensibles capables de générer et de contrôler ces plasmons.
Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont développé une nouvelle conception qui serpente en hélice les fils métalliques déformables sur du polyuréthane thermoplastique pour créer des guides d'ondes flexibles. Cette approche offre à la fois une récupération élastique et une excellente compatibilité avec le tissu et la peau. La conception améliore également la stabilité mécanique par rapport à d'autres substrats extensibles en réduisant la déformation latérale pendant les étirements longitudinaux.
« Notre travail démontre que les guides d'ondes plasmoniques peuvent être conçus avec une extensibilité inhérente tout en conservant des performances électromagnétiques robustes », a déclaré Wang. « Au-delà de la plasmonique fondamentale, cette approche pourrait permettre une communication sans fil adaptative, des capteurs compatibles et des dispositifs conformes qui s'interfacent de manière transparente avec les tissus biologiques ou les surfaces dynamiques. »
Signaux qui s'étendent
Pour valider expérimentalement les guides d'ondes plasmoniques, les chercheurs ont fabriqué des prototypes et mesuré leurs distributions de champ électrique tout en étant connecté à un équipement de test spécialisé.
Les expériences ont montré que les guides d'ondes pouvaient s'étirer jusqu'à 50% sans changer la largeur (le rapport de Poisson zéro) et que la transmission du signal variait de plus de 10% lorsqu'elle est étirée. Les guides d'ondes ont également continué à transmettre efficacement même lorsqu'ils sont pliés ou tordus.
Les chercheurs intègrent désormais ces guides d'ondes en un prototype de sangle thoracique qui utilise une métafabrique électromagnétique pour détecter les battements cardiaques humains. Ils prévoient également d'explorer des techniques textiles avancées, incorporant des microstructures plus fines – telles que les microknots et les micro-ondes hélicoïdaux – pour améliorer les performances mécaniques des systèmes textiles intelligents.
