Découverte : nanomanipuler l’effet piézoélectrique !

L’effet piézoélectrique, c’est-à-dire la génération d’un champ électrique par la compression et l’expansion de matériaux solides, offre une vaste gamme d’applications sur des objets du quotidien comme les montres, les détecteurs de mouvements et les systèmes de positionnement précis.

Des chercheurs du Département de chimie de l’Université McGill viennent de découvrir comment maîtriser cet effet sur des nanosemiconducteurs appelés points quantiques, ce qui ouvre la porte à la mise au point de nouveaux produits incroyablement minuscules.

Bien que le terme « quantique » soit utilisé dans le langage courant pour faire référence à quelque chose de très gros, il signifie en fait la plus petite mesure par laquelle certaines propriétés physiques peuvent changer. Un point quantique présente un diamètre d’à peine dix à 15 atomes, soit moins de dix nanomètres. En comparaison, le diamètre de la double hélice de l’ADN fait deux nanomètres. Les chercheurs mcgillois ont découvert une nouvelle manière de faire en sorte que les charges individuelles demeurent à la surface du point, ce qui produit un vaste champ électrique au sein du point. Ce champ magnétique produit d’énormes forces piézoélectriques, entraînant une expansion et une contraction importantes et rapides des points en une picoseconde ou moins. De plus, l’équipe est capable de maîtriser l’ampleur de cette vibration.

Les points quantiques de séléniure de cadmium peuvent être utilisés dans une vaste gamme d’applications technologiques. L’énergie solaire est un des secteurs explorés, mais cette nouvelle découverte ouvre la voie à d’autres applications dans des appareils à l’échelle nanoscopique. Elle permet de maîtriser la vitesse et le temps de commutation des appareils nanoélectriques, voire de mettre au point des sources d’alimentation nanoscopiques, grâce auxquelles une petite compression produirait une tension élevée.

"L’effet piézoélectrique n’a jamais été manipulé à cette échelle dans le passé. Par conséquent, le spectre des éventuelles applications est très stimulant ", a expliqué la candidate au doctorat Pooja Tyagi, chercheuse au laboratoire du professeur Patanjali Kambhampati. "Par exemple, on peut analyser les vibrations d’un matériau pour calculer la pression du solvant dans lequel elles se trouvent. Grâce à des mises au point et des recherches plus avancées, peut-être pourra-t-on mesurer la tension artérielle de manière non invasive, en injectant des points, en y dirigeant un laser et en analysant leur vibration pour déterminer la tension."

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Madame Tyagi fait remarquer que le séléniure de cadmium est un métal toxique, et, par conséquent, un des obstacles à surmonter en ce qui concerne cet exemple en particulier serait de trouver un matériau de remplacement.

Photo : laser du laboratoire du Dr Kambhampati utilisé pour faire la lumière sur les points quantiques.
Crédit: Département de chimie, Université McGill