L'électronique moderne (ex. : panneaux solaires, capteurs pour caméras, appareils d'imagerie médicale) contient souvent des semi-conducteurs formés d'une structure cristalline continue : les monocristaux. Malheureusement, ces matériaux monocristallins sont extrêmement coûteux. En revanche, les nanocristaux, baptisés points (ou boîtes) quantiques sont plus faciles à fabriquer et donc, moins chers. Ce qui explique leur présence dans les produits électroniques grand public, par exemple les téléviseurs à points quantiques. Jusqu'ici, leur qualité laissait à désirer, car elle était difficile à mesurer. C’était sans compter sur les chercheurs de l’université Stanford, de l’université de Californie à Berkeley et de l’université de technologie d’Eindhoven (Pays-Bas) qui viennent de mettre au point une technique de mesure plus fiable. Ils ont en effet réussi à démontrer que les points quantiques fonctionnent parfaitement. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la Revue Science.

Des semi-conducteurs quasiment parfaits

Grâce à cette nouvelle technique, il est possible de fabriquer des semi-conducteurs à la fois peu coûteux et quasiment parfaits, tout aussi performants que les solutions alternatives plus chères.
Les chercheurs ont surtout étudié le rendement de luminescence des points quantiques, c'est-à-dire la quantité de lumière réémise à partir de celle qui a été absorbée, un indicateur important de la qualité des semi-conducteurs. Les points quantiques peuvent atteindre de très hauts niveaux de performance dans ce domaine, ce qu'ont montré de manière évidente les recherches antérieures. Cependant, il s'agit de la première technique de mesure permettant de démontrer de manière convaincante que les points quantiques tiennent la comparaison face aux monocristaux.

Avantages et inconvénients

La manipulation des points quantiques est extrêmement facile. Modifier leur taille, c’est changer également la longueur d'onde de la lumière émise. Cette propriété est essentielle pour les applications en couleur comme les téléviseurs, les ordinateurs et les indicateurs biologiques. Comme ils sont de petite taille, leur fabrication est aussi assez bon marché.
En revanche, ils ont des inconvénients. Les points quantiques sont si petits qu'il en faut des milliards pour obtenir un monocristal parfait. Et plus vous créez de points quantiques, plus les risques de défauts sont grands, au détriment des performances.
Les techniques de mesure existantes indiquaient déjà que les semi-conducteurs obtenus à partir de points quantiques étaient potentiellement plus efficaces, avec un rendement de luminescence supérieur à 99 %. Pour autant, les chercheurs avaient besoin d'une technique inédite pour mesurer l'efficacité réelle de ces nanocristaux.

Réémission proche de 100 %

La technique utilisée a consisté à mesurer la chaleur produite par les points quantiques activés plutôt que l'émission lumineuse. La chaleur résiduelle est en effet un bon indicateur d'un rayonnement inefficace. Cette technique de mesure, qui peut s'appliquer à d'autres matériaux, s'est avérée cent fois plus précise que les autres options possibles. Les chercheurs ont découvert qu'en moyenne, les groupes quantiques réémettent 99,6 % de la lumière absorbée (avec une marge d'erreur de ±0,2 %), niveau comparable à celui des monocristaux les plus performants.
Contrairement aux inquiétudes des chercheurs, les points quantiques semblent étonnamment robustes. En outre, cette technique de mesure permet pour la première fois de comparer différentes structures quantiques.

Source : Université de technologie d’Eindhoven (Pays-Bas)