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Les transferts d’énergie entre molécules sont des processus élémentaires observés dans de nombreux domaines, de la biologie à la physique. Des chercheurs de l’Institut Langevin (CNRS/ ESPCI) ont utilisé des ondes appelées plasmons de surface pour augmenter l’efficacité du transfert d’énergie à l’interface entre un miroir d’argent et le milieu environnant. Ces travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
- Vue d’artiste illustrant l’expérience de transfert d’énergie en plasmonique
Impliqués notamment dans la photosynthèse, le transfert d’énergie entre des molécules « donneurs » et des molécules « accepteurs » (photorécepteurs et centres réactionnels dans le cas de la photosynthèse) est particulièrement efficace. Cependant, ce processus est limité à des distances entre molécules très courtes, typiquement de l’ordre de quelques nanomètres. Une équipe de chercheurs de l’Institut Langevin s’est intéressée à ce transfert d’énergie intermoléculaire au voisinage d’une interface entre un simple miroir d’argent et le milieu environnant. Résultat : il est possible d’augmenter d’un facteur mille la portée du transfert d’énergie, le rendant possible sur une étendue de plusieurs micromètres.
Dans ce cas, les ondes électromagnétiques impliquées dans le processus habituel sont remplacées par des ondes guidées se propageant à l’interface entre le substrat d’argent et le milieu environnant (de l’air par exemple, ou une couche de polymère). Ces ondes, appelées plasmons de surface, restent confinées à l’interface, et transportent l’énergie le long de la surface métallique sur de grandes distances par rapport à l’échelle moléculaires, permettant d’augmenter considérablement la distance entre le donneur et l’accepteur. Ce travail démontre pour la première fois que la portée du transfert d’énergie peut être augmentée grâce à l’exploitation des plasmons de surface.
Si déjà les chercheurs sont parvenus à gagner presque trois ordres de grandeurs, le procédé peut encore être optimisé en structurant le support de propagation des plasmons, ce qui devrait permettre d’augmenter l’efficacité du transfert.
A terme, le transfert d’énergie à longue portée et à haute efficacité pourrait permettre d’importantes innovations pour une grande variété d’applications, allant de la collection de l’énergie solaire à l’étude d’interactions biologiques ayant lieu sur des échelles difficilement accessibles avec les techniques actuelles.
Plus d’informations :
Long-Range Plasmon-Assisted Energy Transfer between Fluorescent Emitters
D. Bouchet, D. Cao, R. Carminati, Y. De Wilde, and V. Krachmalnicoff
Phys. Rev. Lett. 116, 037401 – Published 21 January 2016
DOI : 10.1103/PhysRevLett.116.037401
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