Un professeur du MIT mélange la science fondamentale des matériaux, avec de nouvelles conceptions d’appareil, pour permettre de la photonique flexible et d’autres applications.

Une classe spéciale de matériaux en verre appelés verres de chalcogénure semble prometteuse pour accélérer l’intégration de dispositifs photoniques et électroniques avec des fonctions aussi diverses que le transfert de données et la détection chimique. Le Dr Juejun « JJ » Hu, professeur adjoint en science des matériaux et ingénierie, a trouvé de nouvelles façons de déployer ces verres à la souplesse surprenante.

Comme le verre ordinaire, les verres de chalcogénure sont fragiles, mais le Dr Hu et ses collègues ont développé une façon d’intégrer des dispositifs photoniques en verre très mince tels que des résonateurs de microdisques flexibles et des guides d’ondes dans des couches de polymères souples et rigides en alternance. Leur dispositif en plastique souple durable a été plié des milliers de fois lors d’un test de fatigue sans faillir. Et il a démontré des performances optiques record.

« Les structures que nous avons fabriqués peuvent être pliées en deux avec un rayon de courbure efficace aussi petit que 0,3 millimètre, » explique le Dr Hu, qui a rejoint le Département Science et génie des matériaux au MIT comme professeur adjoint en Janvier 2015. « Vous pouvez les plier des milliers de fois sans rupture et sans voir une dégradation des performances « .

Une structure en sandwich de type cookie

Le Dr Hu suggère qu’une façon de penser à l’arrangement de l’appareil est d’imaginer un cookie avec une alternance de couches dures et molles. « Au lieu d’avoir une plaque de matériau qui a les mêmes propriétés mécaniques, nous fabriquons une structure à trois couches, avec une couche très molle en sandwich entre deux couches relativement rigides. Maintenant, quand vous la  pliez, ce que vous imaginez, est que nous avons une couche très molle entre les deux couches rigides, donc cela va se déformer et va vraiment absorber la quasi-totalité de la déformation mécanique », explique le Dr Hu.

Le «design à axe multi-neutre » forme le dispositif de sorte qu’il n’y a donc d’endroit où une pression de seuil nécessaire pour casser le verre est dépassée. « Bien que l’ensemble de la structure est déformée mécaniquement, vous pouvez toujours mettre le verre dans un endroit où il y a peu de stress, vous n’avez pas de force exercée sur le verre. Voilà comment nous fabriquons réellement toute une structure très souple à partir de quelque chose qui est fragile. Donc il s’agit d’ingénierie en termes de disposition de l’appareil « , dit-il.

Bien que le verre ait une épaisseur de l’ordre de 1 micron ou moins, les polymères sur lequel il est fabriqué se mesurent en 10è de microns. « Donc, vous pouvez facilement le manipuler, et ce substrat sert à soulager le stress ou les forces sur les verres, » explique le Dr Hu. « Le verre se trouve sur la couche rigide, et puis quand il se déforme, en dépit de la grande déformation géométrique, il subit en fait très peu de contrainte » dit-il.

Le design à axe multi-neutre peut également être appliqué à d’autres matériaux fragiles, tels que des céramiques ou des métaux. « Tout ce qui est raide, nous pouvons le rendre très souple de cette façon», dit le Dr Hu.

Outre les dispositifs photoniques flexibles, son travail a été démontré sur des puces isolateurs optiques utilisant des oxydes magnétiques, des capteurs spectroscopiques m-infrarouge sur des substrats transparents-infrarouges, et des réseaux de faible symétrie pour une meilleure performance de la cellule solaire.

http://mpc-www.mit.edu/news/newsletters/march-2015/itemlist/tag/chalcogenide%20glasses