(Phys.org) — Des scientifiques du Laboratoire national des énergies renouvelables du département de l'Énergie des États-Unis et d'autres laboratoires ont démontré un processus par lequel les points quantiques peuvent s'auto-assembler à des emplacements optimaux dans les nanofils, une percée qui pourrait améliorer les cellules solaires, l'informatique quantique, et appareils d'éclairage.

Un article sur les nouvelles technologies, "Points quantiques auto-assemblés dans un système de nanofils pour la photonique quantique, " apparaît dans le numéro actuel de la revue scientifique Matériaux naturels .

Les points quantiques sont de minuscules cristaux de semi-conducteur de quelques milliardièmes de mètre de diamètre. À cette taille, ils présentent des comportements bénéfiques de la physique quantique, tels que la formation de paires électron-trou et la récupération d'un excès d'énergie.

Les scientifiques ont démontré comment les points quantiques peuvent s'auto-assembler au sommet de l'interface noyau/coque nanofil arséniure de gallium/arséniure de gallium d'aluminium. Surtout, les points quantiques, en plus d'être très stable, peut être positionné avec précision par rapport au centre du nanofil. Cette précision, combinée à la capacité des matériaux à assurer un confinement quantique à la fois des électrons et des trous, fait de l'approche un changeur de jeu potentiel.

Les électrons et les trous se situent généralement dans la position d'énergie la plus basse dans les limites des matériaux à haute énergie dans les nanostructures. Mais dans la nouvelle manifestation, l'électron et le trou, se chevauchant de manière quasi idéale, sont confinés dans la boîte quantique elle-même à haute énergie plutôt que situés dans les états d'énergie les plus bas. Dans ce cas, c'est le noyau d'arséniure de gallium. C'est comme frapper la cible plutôt que la périphérie.

Les points quantiques, par conséquent, sont très lumineux, spectralement étroit et hautement anti-groupé, affichant d'excellentes propriétés optiques même lorsqu'elles sont situées à quelques nanomètres de la surface - une caractéristique qui a même surpris les scientifiques.

"Certains scientifiques suisses ont annoncé qu'ils y étaient parvenus, mais les scientifiques présents à la conférence ont eu du mal à y croire, " a déclaré Jun-Wei Luo, scientifique principal du NREL, l'un des co-auteurs de l'étude. Luo s'est mis au travail pour construire un système de point quantique dans un nanofil à l'aide du superordinateur de NREL et a pu démontrer que malgré le fait que les bords globaux de la bande soient formés par le noyau d'arséniure de gallium, les barrières minces riches en aluminium assurent un confinement quantique à la fois pour les électrons et les trous à l'intérieur de la boîte quantique pauvre en aluminium. Cela explique l'origine des transitions optiques très inhabituelles.

Plusieurs applications pratiques sont possibles. Le fait que des points quantiques stables puissent être placés très près de la surface des nanofils soulève un énorme potentiel pour leur utilisation dans la détection des champs électriques et magnétiques locaux. Les points quantiques pourraient également être utilisés pour charger des convertisseurs pour une meilleure récolte de lumière, comme dans le cas des cellules photovoltaïques.

L'équipe de scientifiques travaillant sur le projet provenait d'universités et de laboratoires suédois, La Suisse, Espagne, et les États-Unis.