Des chercheurs de l'Université de l'Alabama à Huntsville et de l'Université de l'Oklahoma ont trouvé un nouveau moyen de contrôler les propriétés des points quantiques, ces minuscules morceaux de matériau semi-conducteur qui brillent de différentes couleurs en fonction de leur taille. Points quantiques, qui sont si petits qu'ils commencent à présenter des propriétés quantiques de type atomique, ont un large éventail d'applications potentielles, des capteurs, diodes électroluminescentes, et des cellules solaires, aux tags fluorescents pour l'imagerie biomédicale et aux qubits en informatique quantique.

Une propriété clé des points quantiques qui les rend si utiles est leur fluorescence. Les scientifiques peuvent « régler » les points quantiques pour qu'ils émettent une couleur de lumière spécifique en ajustant leur taille :les petits points brillent en bleu et les gros points brillent en rouge. Cependant, la capacité des points à briller peut changer au fil du temps avec l'exposition à la lumière et à l'air.

Seyed Sadeghi, un physicien à l'Université d'Alabama à Huntsville, s'est demandé s'il serait possible de mieux contrôler la réaction des points quantiques à leur environnement. Son équipe avait précédemment découvert que le fait de placer des points quantiques d'un certain type sur des couches nanométriques d'oxydes de chrome et d'aluminium modifiait considérablement le comportement des points :l'oxyde d'aluminium augmentait leur efficacité d'émission, tandis que l'oxyde de chrome a augmenté le taux de dégradation des points lorsqu'ils sont exposés à l'air. Les chercheurs ont décidé d'étendre leurs investigations aux points quantiques avec différentes structures.

Les points quantiques se présentent sous diverses formes, tailles, et matériaux. Pour les études les plus récentes de Sadeghi et de ses collègues, publié dans le Journal de physique appliquée , les chercheurs ont sondé le comportement de quatre types différents de points quantiques disponibles dans le commerce. Certains des points quantiques avaient des coques de protection, tandis que d'autres ne l'ont pas fait. En outre, certains des points avaient des noyaux faits de matériaux binaires (deux types de semi-conducteurs), tandis que d'autres avaient des noyaux de matériaux ternaires (trois types de semi-conducteurs). Tous les points quantiques avaient été fabriqués par synthèse chimique.

Les chercheurs ont découvert que l'oxyde d'aluminium ultrafin pouvait rendre les points quantiques plus brillants et que l'effet était beaucoup plus important pour les points quantiques sans coques de protection. Ils ont également constaté que, tandis que les points quantiques avec des noyaux binaires et ternaires rétrécissent après avoir réagi avec l'oxygène de l'air, les points de noyau ternaires placés sur l'oxyde d'aluminium brillaient plus brillant malgré le rétrécissement. Cette observation a surpris les chercheurs, Sadeghi a dit, et bien qu'ils n'aient pas encore d'explication pour la différence, ils continuent à l'étudier.

"Les résultats de ces études peuvent servir à améliorer l'efficacité d'émission des points quantiques, qui est une caractéristique importante pour de nombreuses applications telles que les appareils électroluminescents, capteurs, détecteurs, appareils photovoltaïques, et l'étude d'un large éventail de phénomènes physiques quantiques et nanométriques, " a déclaré Sadeghi. Les points quantiques ont déjà contribué à augmenter l'efficacité de nombreux dispositifs optiques, il a noté, et le développement et l'application des propriétés uniques des points quantiques, notamment dans les domaines de l'imagerie biologique et de la médecine, continue d'être l'objet principal de l'étude scientifique. Comme prochaine étape dans leurs propres recherches, Sadeghi et ses collègues prévoient d'étudier comment les oxydes métalliques pourraient affecter le comportement des points quantiques lorsqu'ils sont proches de nanoparticules métalliques.