Dans les laboratoires de recherche, l’optimisation des matériaux nanotechnologiques est essentielle pour répondre aux exigences croissantes des applications modernes. Parmi eux, les points quantiques en pérovskites attirent une attention particulière en raison de leurs propriétés optiques uniques. Toutefois, les méthodes conventionnelles de modification de leur bande interdite se heurtent à des limites énergétiques et des variations de qualité. Une nouvelle approche utilisant la lumière pourrait transformer leur production.
Des scientifiques américains ont récemment mis au point une méthode novatrice exploitant la lumière pour ajuster les propriétés optiques des points quantiques en pérovskites. Cette technique offre un procédé plus rapide, moins énergivore et respectueux de l’environnement, tout en maintenant une qualité optimale des matériaux. Une innovation qui s’inscrit dans l’essor des nanotechnologies.
Milad Abolhasani, auteur principal de l’étude et professeur en ingénierie chimique et biomoléculaire de l’Université d’État de Caroline du Nord, a souligné l’intérêt croissant pour ces nanoparticules : « La découverte des points quantiques a valu le prix Nobel de chimie en 2023, car ils sont utilisés dans de nombreuses applications : LEDs, cellules solaires, affichages, technologies quantiques et bien d’autres. Pour ajuster leurs propriétés optiques, il est nécessaire de modifier leur bande interdite, car elle détermine directement la couleur de la lumière qu’ils émettent. »
Un défi énergétique surmonté grâce à la lumière
Les approches traditionnelles pour influencer la bande interdite des points quantiques reposent sur des modifications chimiques ou des réactions à haute température. Ces procédés, bien qu’efficaces, génèrent une consommation énergétique importante et des irrégularités dans les propriétés finales des matériaux. En revanche, l’utilisation de la lumière pour initier les réactions chimiques s’est avérée plus précise et moins gourmande en énergie.
En utilisant une source lumineuse au sein d’un système microfluidique, les chercheurs ont contrôlé rigoureusement les réactions dans de minuscules volumes de solution contenant des points quantiques verts en pérovskite. La solution, enrichie en chlore ou en iode, a permis de faire évoluer les propriétés des points quantiques vers des teintes bleutées ou rougeâtres selon le solvant utilisé.
Une précision scientifique inédite
Le contrôle de la bande interdite repose sur une modulation de l’énergie introduite dans l’échantillon à travers la lumière. Comme l’explique Abolhasani : « Nous pouvons contrôler la bande interdite en ajustant la quantité d’énergie introduite dans l’échantillon, et nous contrôlons l’énergie par le biais de la lumière. Cela nous permet d’ajuster la bande interdite de manière très précise. »
Dans ce système, chaque gouttelette, mesurant environ 10 microlitres, est exposée uniformément à la lumière. La faible épaisseur de la solution garantit une pénétration intégrale, favorisant des réactions photochimiques rapides et homogènes. Par conséquent, il devient possible de produire des points quantiques de haute qualité en un temps réduit, surclassant les performances des techniques existantes.
Vers des applications industrielles
En plus de leur efficacité énergétique et temporelle, ces travaux ouvrent la voie à une production durable des points quantiques en pérovskite, essentiels pour les appareils optoélectroniques modernes. L’équipe ambitionne désormais d’amplifier cette méthode pour des applications à grande échelle, notamment dans les dispositifs électroniques et les systèmes d’affichage avancés.
Abolhasani a exprimé son enthousiasme : « C’est une méthode durable pour fabriquer des points quantiques en pérovskite de haute qualité en utilisant la lumière. Nous travaillons actuellement à l’extension de cette méthode pour créer des points quantiques utilisés dans les dispositifs optoélectroniques. »
Légende illustration : Cette image illustre le processus d’accord de la bande interdite induit par la lumière sur les points quantiques de pérovskite. Crédit : Pragyan Jha, NC State University
Article : ‘Photo-Induced Bandgap Engineering of Metal Halide Perovskite Quantum Dots in Flow’ / ( 10.1002/adma.202419668 ) – North Carolina State University – Publication dans la revue Advanced Materials
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