Personnages de certains des films de science-fiction les plus futuristes, comme "Minority Report" et "Iron Man, " contrôlez les écrans de l'ordinateur avec des mouvements de main lisses et délibérés. Dans "Minority Report, " le protagoniste, joué par Tom Cruise, utilise des gants qui brillent au bout des doigts et lui donnent le pouvoir de la manipulation virtuelle. La lumière semble lui permettre de contrôler l'écran comme s'il s'agissait d'un écran tactile, mais il ne touche que de l'air.

Cette technologie est encore de la science-fiction, mais une nouvelle étude pourrait le rapprocher de la réalité. Une équipe de chercheurs du Japon rapporte cette semaine dans Lettres de physique appliquée , qu'ils ont découvert un phénomène appelé effet photodiélectrique, ce qui pourrait conduire à des écrans tactiles contrôlés par laser.

Un certain nombre de composants de circuit de base ont été développés au-delà de leurs conceptions traditionnelles basées sur l'électricité pour être contrôlés à la place avec la lumière, comme les photo-résistances, photodiodes, et phototransistors. Cependant, il n'y a pas encore de photo-condensateur.

"Un photo-condensateur offre une nouvelle façon de faire fonctionner des appareils électroniques avec de la lumière, " a déclaré Hiroki Taniguchi de l'Université de Nagoya au Japon. " Cela poussera l'évolution de l'électronique vers la photo-électronique de nouvelle génération. "

Les condensateurs sont des composants de base pour toutes sortes d'électronique, agissant un peu comme des seaux pour les électrons qui peuvent, par exemple, stocker de l'énergie ou filtrer les fréquences indésirables. Plus simplement, un condensateur est constitué de deux plaques conductrices parallèles séparées par un matériau électriquement isolant, appelé diélectrique, comme l'air ou le verre. L'application d'une tension sur les plaques provoque l'accumulation de charges opposées (et égales) sur les deux plaques.

Les propriétés du diélectrique jouent un rôle déterminant dans le profil du champ électrique entre les plaques et, à son tour, combien d'énergie le condensateur peut stocker. En utilisant la lumière pour augmenter une propriété du diélectrique appelée permittivité, Taniguchi et ses collègues espèrent créer des condensateurs à lumière contrôlée.

Des chercheurs précédents ont obtenu un type d'effet photo-diélectrique en utilisant une variété de matériaux, mais s'est appuyé sur la photo-conductance, où la lumière a augmenté la conductivité électrique des matériaux. L'augmentation de la conductance, il s'avère, conduit à une plus grande permittivité diélectrique.

Mais ce type d'effet photodiélectrique extrinsèque n'est pas adapté aux applications pratiques, dit Taniguchi. Un condensateur doit être un bon isolant, empêchant le courant électrique de circuler. Mais sous l'effet photodiélectrique extrinsèque, les propriétés isolantes d'un condensateur se détériorent. En outre, un tel condensateur ne fonctionnerait qu'avec un courant alternatif basse fréquence.

Taniguchi et ses collègues ont trouvé un effet photodiélectrique intrinsèque dans une céramique de composition LaAl9.9Zn0.01O3-δ. "Nous avons démontré expérimentalement l'existence de l'effet photodiélectrique, " il a dit.

Dans leurs expériences, ils ont projeté une diode électroluminescente (LED) sur la céramique et mesuré sa permittivité diélectrique, qui augmente même à hautes fréquences. Mais contrairement aux expériences précédentes qui utilisaient l'effet photodiélectrique extrinsèque, le matériau est resté un bon isolant.

L'absence de perte significative signifie que la LED modifie directement la permittivité diélectrique du matériau, et, en particulier, n'augmente pas la conductance, comme c'est le cas avec l'effet extrinsèque. On ne sait toujours pas comment fonctionne l'effet photodiélectrique intrinsèque, Taniguchi a dit, mais cela peut être dû à des défauts du matériau.

La lumière excite les électrons dans des états d'énergie plus élevés (quantifiés), mais les états quantiques de défauts sont confinés à des régions plus petites, ce qui peut empêcher ces électrons photo-excités de voyager suffisamment loin pour générer un courant électrique. L'hypothèse étant que les électrons restent piégés ce qui conduit à plus d'isolation électrique du matériau diélectrique.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires avant de voir des écrans à lumière contrôlée, mais le travail est une étape importante pour le domaine. D'autres recherches chercheront à améliorer encore plus l'effet, minimiser toute dissipation d'énergie due à une baisse des propriétés diélectriques, et optimiser le processus de fabrication des matériaux, dit Taniguchi. D'autres études pourraient également révéler de nouveaux matériaux mieux adaptés à d'autres applications électroniques.