Une colonne de molécules de cristaux liquides pourrait former la base d'une nouvelle génération de détecteurs de lumière flexibles qui ont des réponses ultrarapides, une équipe tout-RIKEN l'a démontré.

Les cellules solaires conventionnelles et les détecteurs de lumière sont basés sur l'effet photovoltaïque - un phénomène dans lequel la lumière génère des électrons de conduction et leurs homologues positifs, des trous, dans un semi-conducteur. Ils sont constitués d'un matériau qui donne des électrons et d'un matériau qui les accepte. Les électrons et les trous sont séparés à l'interface, entraînant la génération d'un courant électrique.

Mais un autre effet, connu sous le nom d'effet photovoltaïque de masse, peut générer un courant en utilisant un seul type de matériau. Il réagit également très rapidement à la lumière et génère un courant très constant. Ces avantages pourraient conduire à une nouvelle génération de cellules solaires et de détecteurs de lumière.

L'effet photovoltaïque de masse a été principalement étudié dans les matériaux inorganiques car il ne se produit que dans des cristaux dépourvus de centre de symétrie d'inversion, qui exclut la plupart des matières organiques. Mais les composés organiques offrent des avantages tels que la flexibilité et la possibilité de régler facilement la longueur d'onde à laquelle l'effet photovoltaïque de masse se produit.

"L'effet photovoltaïque de masse n'est observé qu'en polaire, matériaux non centrosymétriques, mais les matières organiques ont tendance à former préférentiellement des non polaires, cristaux centrosymétriques, " explique Daigo Miyajima du RIKEN Center for Emergent Matter Science. " Par conséquent, nous devions trouver un moyen de briser cette symétrie."

Précédemment, Miyajima et quelques collègues avaient fabriqué une colonne de cristaux liquides constituée de molécules en forme d'éventail empilées les unes sur les autres dans lesquelles la symétrie était rompue par des liaisons hydrogène entre les groupes amide. Mais il n'absorbait la lumière que dans l'ultraviolet.

Maintenant, en bricolant la composition de la molécule de base de ce cristal liquide organique, les chercheurs ont réussi à observer l'effet photovoltaïque de masse dans le cristal liquide colonnaire sur une large gamme de longueurs d'onde, qui atteint les longueurs d'onde rouges dans le spectre visible.

Bien que les molécules forment spontanément des assemblages symétriques, les chercheurs ont démontré que la symétrie peut être brisée en appliquant simplement un champ électrique. Ils ont constaté que dans cette condition, le courant dans le cristal liquide a bondi d'environ 6, 600 fois quand la lumière était allumée dessus. Ceci est similaire à la réponse des détecteurs de lumière basés sur l'effet photovoltaïque classique, mais il pourrait être réalisé dans un dispositif qui a une structure beaucoup plus simple.

L'équipe essaie maintenant de fabriquer des dispositifs sur des substrats flexibles. "Parce que notre matériau est un cristal liquide, il est tolérant à la flexion ou à l'étirement, " note Miyajima.