Des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc) ont créé un nouvel hybride de graphène et de points quantiques, une percée qui pourrait inspirer des écrans et des LED de nouvelle génération hautement efficaces et contrôlables.

Les points quantiques sont des nanocristaux semi-conducteurs ayant le potentiel de révolutionner diverses technologies, dont le photovoltaïque, l'imagerie médicale et l'informatique quantique. Ils peuvent absorber la lumière UV et produire des couleurs vives, ce qui les rend particulièrement attrayants pour les téléviseurs de nouvelle génération, smartphones et LED. Cependant, ce sont de mauvais conducteurs électriques, et donc inefficace à utiliser dans les appareils seuls. Pour améliorer leur efficacité, les chercheurs ont essayé de les combiner avec du graphène, un excellent chef d'orchestre. L'ajout de graphène donnerait également la possibilité de bricoler la sortie même après la fabrication, ou allumez et éteignez l'appareil à volonté.

Bien que la combinaison fonctionne bien pour les photo-détecteurs et les capteurs, il est pratiquement inutile pour les écrans et les LED, car les points quantiques perdent leur capacité à émettre de la lumière lorsqu'ils sont fusionnés avec du graphène. En modifiant certaines conditions expérimentales, Les scientifiques de l'IISc ont trouvé un moyen d'éliminer cet effet et de créer un matériau hybride hautement efficace et ajustable. Les résultats, Publié dans ACS Photonique , ouvrent des possibilités pour une nouvelle génération d'écrans et de LED à la pointe de la technologie.

Les points quantiques sont des particules extrêmement minuscules avec des propriétés largement supérieures aux semi-conducteurs conventionnels. Lorsqu'il est activé par la lumière UV, ils peuvent produire de la lumière visible de différentes couleurs selon leur taille. Les petits points produisent une lumière bleue, par exemple, tandis que les grands rayonnent de rouge.

Ils absorbent très bien la lumière, mais ce sont de mauvais conducteurs électriques; Les dispositifs à base de points quantiques qui convertissent la lumière en électricité ne sont donc pas très efficaces. Graphène, d'autre part, est presque transparent à la lumière, mais c'est un excellent conducteur électrique. Lorsque les deux sont combinés, le graphène pourrait, en principe, retirer rapidement l'énergie absorbée des points quantiques, réduire les pertes d'énergie, et le convertir en un signal électrique, par exemple. Cela permet de créer des dispositifs tels que des photodétecteurs avec un rendement extrêmement élevé.

"Vous obtenez le meilleur des deux, " dit l'auteur principal Jaydeep Kumar Basu, professeur, Département de physique, IISc.

Sur le flip slide, le transfert d'énergie au graphène laisse les points quantiques avec presque plus d'énergie pour émettre de la lumière, rendant impossible leur utilisation dans des écrans ou des LED.

"C'est un domaine où l'application de ces matériaux hybrides n'a pas décollé à cause de cet effet, " dit Basu. " Le graphène agit comme une éponge, en ce qui concerne les points quantiques. Il ne permet aucune émission."

L'équipe de Basu a tenté de pallier cet effet "d'extinction" en mettant en jeu un phénomène appelé superradiance. Lorsque des atomes ou des émetteurs individuels (tels que des points quantiques) dans une couche sont excités, chacun émet de la lumière indépendamment. Sous certaines conditions, tous les atomes ou émetteurs peuvent être amenés à émettre de la lumière en coopération. Cela produit une lumière très vive, avec une intensité nettement supérieure à la somme totale des émissions individuelles.

Dans une étude précédente, L'équipe de Basu a pu provoquer une superradiance dans une fine couche de points quantiques en la combinant avec des nanoparticules métalliques dans certaines conditions expérimentales. Ils ont recréé ces conditions dans les nouveaux dispositifs hybrides point quantique-graphene pour produire une superradiance, qui était assez fort pour compenser la trempe. À l'aide de modèles, ils ont découvert que cela se produit lorsque les points quantiques individuels sont distants de 5 nm ou moins, et la couche de points quantiques et le graphène sont séparés par une distance de 3 nm ou moins.

"Nous avons montré pour la première fois que nous sommes capables de sortir de cet effet 'éponge', et garder les émetteurs en vie, " dit Basu.

Quand la superradiance dominait, l'intensité de la lumière émise en présence de graphène s'est également avérée trois fois supérieure à ce qui aurait pu être obtenu en utilisant uniquement des points quantiques.

"L'avantage avec le graphène, c'est qu'on peut aussi le régler électriquement, " dit Basu. " Vous pouvez faire varier l'intensité en changeant simplement la tension ou le courant. "

L'étude ouvre également de nouvelles pistes de recherche pour comprendre comment la lumière et la matière interagissent à l'échelle nanométrique, disent les auteurs.