Un nouveau matériau a le potentiel d'améliorer la sensibilité des capteurs d'images photographiques d'un facteur cinq. En 2011, une équipe de l'EPFL dirigée par Andras Kis a découvert les étonnantes propriétés semi-conductrices de la molybdénite (MoS 2 ), et ils ont depuis exploré son potentiel dans diverses applications technologiques. Ce candidat prometteur pour remplacer le silicium est désormais intégré dans un prototype de capteur d'images. Ce capteur, décrit dans un article paru dans Nature Nanotechnologie , a cinq fois la sensibilité à la lumière de la technologie actuelle.

Tous les appareils photo numériques fonctionnent selon le même principe :ils convertissent la lumière en charge électrique. La caméra a un capteur de lumière, dont la surface est un matériau semi-conducteur divisé en millions de cellules, ou pixels. Le matériau semi-conducteur de chaque cellule réagit à la lumière entrante en générant une charge électrique spécifique, qui est ensuite transféré au micrologiciel de l'appareil photo pour traitement. L'efficacité de ce processus dépend de la quantité de lumière nécessaire pour déclencher le transfert de charge.

Le record de pixels de tous les temps

L'objectif des chercheurs de l'EPFL était de démontrer le potentiel de la molybdénite dans les capteurs d'images. Pour cette raison, leur capteur n'a qu'un seul pixel. Mais il faut cinq fois moins de lumière pour déclencher un transfert de charge que les capteurs à base de silicium actuellement disponibles. "Notre objectif principal est de prouver que MoS 2 est un candidat idéal pour ce genre de candidature, " explique Kis.

Ce niveau de sensibilité ouvrirait le vaste domaine de la photographie en basse lumière ou de nuit, sans recourir à des techniques d'amplification génératrices de "bruit", ralentir la vitesse d'obturation ou utiliser un flash. Pour certains domaines spécialisés dans lesquels les conditions d'éclairage ne sont souvent pas optimales, comme l'astrophotographie ou l'imagerie biologique, l'avantage est encore plus évident. "Cela permettrait de prendre des photos en utilisant uniquement la lumière des étoiles, " dit Kis.

Un matériau révolutionnaire

Les propriétés extraordinaires de la molybdénite rendent cette performance possible. Comme le silicium utilisé dans les capteurs actuellement disponibles, la molybdénite nécessite un courant électrique, qui vient de la batterie. Pour générer un pixel, la charge générée par l'énergie lumineuse doit être supérieure au courant de seuil de la batterie.

Une couche de molybdénite à un seul atome ne nécessite qu'une très faible charge électrique pour fonctionner. À cause de ce, il faut beaucoup moins d'énergie lumineuse pour atteindre le seuil nécessaire pour générer un pixel. Le MoS2 est un produit naturellement abondant, matériel pas cher. En outre, Kis explique, le prototype ne nécessite aucun autre semi-conducteur, ce qui devrait grandement simplifier les processus de fabrication. Kis, qui est un pionnier dans la recherche sur la semi-conductivité de la molybdénite, a récemment démontré son potentiel dans un circuit intégré et, début 2013, un prototype de mémoire flash. Avec cette nouvelle étape dans l'imagerie, la molybdénite montre son extraordinaire potentiel dans un autre domaine d'application important.