La luminescence des métaux, un phénomène connu depuis des siècles, suscite un regain d’intérêt dans la communauté scientifique. Une équipe de chercheurs de l’EPFL a récemment élucidé les mécanismes quantiques à l’origine de ce processus dans l’or, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications dans les domaines de la cartographie thermique à l’échelle nanométrique et de la photochimie.
Des films d’or de haute qualité pour une étude précise
L’équipe du Laboratoire de nanosciences pour les technologies de l’énergie (LNET) de l’EPFL, dirigée par Giulia Tagliabue, a développé des films d’or de très haute qualité, d’une épaisseur comprise entre 13 et 113 nanomètres. Cette prouesse technique leur a permis d’étudier le processus de luminescence sans les facteurs confondants des expériences précédentes.
En collaboration avec des théoriciens de l’Institut des sciences et technologies de Barcelone, de l’Université du Danemark du Sud et du Rensselaer Polytechnic Institute (États-Unis), ils ont appliqué des méthodes de modélisation quantique pour analyser la faible lueur émise par ces films sous l’effet d’un faisceau laser.
Des effets quantiques inattendus
L’étude a révélé l’émergence d’effets quantiques dans des films d’or d’une épaisseur allant jusqu’à 40 nanomètres, un résultat surprenant pour un métal. Ces observations ont fourni des informations spatiales clés sur la localisation précise du processus de photoluminescence dans l’or, une condition préalable à son utilisation comme sonde.
Les chercheurs ont également découvert que le signal photoluminescent (Stokes) de l’or pouvait être utilisé pour sonder la température de surface du matériau lui-même, un atout majeur pour les scientifiques travaillant à l’échelle nanométrique.
Un étalon-or pour le développement de carburants solaires
Ces résultats ouvrent la voie à l’utilisation des métaux pour obtenir des informations d’une précision sans précédent sur les réactions chimiques, en particulier celles impliquées dans la recherche sur l’énergie.
Des métaux comme l’or et le cuivre, prochaine cible de recherche du LNET, peuvent déclencher certaines réactions clés, comme la réduction du dioxyde de carbone (CO2) en produits à base de carbone tels que les carburants solaires, qui stockent l’énergie solaire dans des liaisons chimiques.
Alan Bowman, post-doctorant au LNET et premier auteur de l’étude, souligne l’importance de ces travaux dans la lutte contre le changement climatique : « Pour combattre le changement climatique, nous allons avoir besoin de technologies pour convertir le CO2 en d’autres produits chimiques utiles d’une manière ou d’une autre. L’utilisation des métaux est une façon d’y parvenir, mais si nous n’avons pas une bonne compréhension de la façon dont ces réactions se produisent sur leurs surfaces, nous ne pouvons pas les optimiser. La luminescence offre un nouveau moyen de comprendre ce qui se passe dans ces métaux. »
Références
Article adapté du contenu de l’auteure : Celia Luterbacher
Bowman, A.R., Rodríguez Echarri, A., Kiani, F. et al. Quantum-mechanical effects in photoluminescence from thin crystalline gold films. Light Sci Appl 13, 91 (2024). 10.1038/s41377-024-01408-2
