(Phys.org)—En dehors de sa carrière de nanochimiste réputé, Le directeur du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Paul Alivisatos est un photographe passionné. Pour montrer ses photos, son appareil préféré est une tablette Kindle Fire HDX car "l'écran couleur est bien meilleur que les autres tablettes, " il dit.

Ce qu'il peut négliger de mentionner au spectateur, c'est que non seulement il a pris la photo, il a également aidé à inventer la nanotechnologie permettant au spectateur de voir ces verts brillants, rouges riches, et des bleus audacieux, tout en utilisant beaucoup moins d'énergie. En réalité, l'écran Kindle utilise une technologie fabriquée par Nanosys, une startup Alivisatos cofondée en 2001 pour commercialiser des points quantiques.

"Les points quantiques offrent une pureté de couleur très élevée et peuvent créer un affichage couleur avec une gamme de couleurs plus large, donc c'est très agréable à l'oeil, " A déclaré Alivisatos. "Ils sont également très économes en énergie."

C'est dans son laboratoire il y a près de 20 ans que, avec le collaborateur Shimon Weiss, Alivisatos a synthétisé des nanocristaux sphériques constitués d'un noyau de séléniure de cadmium à l'intérieur d'une coquille de sulfure de cadmium. La chose remarquable à propos de ces points quantiques était qu'ils pouvaient émettre une lumière extrêmement pure de presque n'importe quelle couleur, selon leur taille.

Depuis, Les points quantiques de Berkeley Lab n'ont pas seulement trouvé leur place dans les tablettes, écrans d'ordinateur, et des téléviseurs, ils sont également utilisés dans les outils d'imagerie biologique et médicale, et maintenant le laboratoire d'Alivisatos les explore pour des applications de cellules solaires ainsi que d'imagerie cérébrale.

Parce que la taille des points quantiques peut être facilement "réglée" - des points de tailles différentes émettent des couleurs différentes - le domaine des applications possibles est vaste. « Il existe des milliers de groupes de recherche universitaires dans le monde qui utilisent régulièrement les points quantiques, ", a déclaré Alivisatos.

Nanosys, basé à Milpitas, Californie, emploie environ 100 personnes et produit 25 tonnes de points quantiques chaque année, assez pour 10 millions de téléviseurs. Les points quantiques sont des nanocristaux inorganiques fabriqués à partir de semi-conducteurs et constituent une nouvelle classe de matériaux. "Leur propriété unique est que la largeur de leur raie d'émission est très étroite, de l'ordre de 30 nanomètres, " a déclaré Jian Chen, scientifique en chef de Nanosys. " Cela les rend de couleur très pure. Ce sont essentiellement les luminophores de couleur les plus purs qui existent. »

Les écrans de la plupart des appareils électroniques sur le marché utilisent aujourd'hui des écrans à cristaux liquides (LCD), qui impliquent généralement de faire briller une lumière blanche à travers une série de filtres pour produire le spectre des couleurs. Il en résulte un gaspillage d'énergie. Les points quantiques de Nanosys sont conçus pour améliorer la couleur et les performances énergétiques des écrans LCD.

Il s'avère que la structure cœur-coquille des points quantiques synthétisés dans le laboratoire d'Alivsatos a été une percée clé pour atteindre une efficacité de conversion de la lumière élevée. "En utilisant la structure core-shell, l'efficacité de conversion de photons peut être aussi bonne que, ou à proximité, 100 pourcent, " dit Chen. " Ce que cela signifie, c'est si 100 photons atteignent un point quantique, près de 100 photons peuvent être émis par la boîte quantique."

Nanosys affirme que sa technologie rend les écrans 20 % plus écoénergétiques, ce qui signifie une durée de vie de la batterie plus longue pour l'appareil. "Vingt pour cent ne sonne pas comme une somme énorme, mais quand on considère que l'écran utilise la moitié de la puissance d'une tablette ou d'un appareil, c'est en fait une grande amélioration, ", a déclaré le porte-parole de Nanosys, Jeff Yurek.

A un moment futur, Yurek dit que Nanosys pourrait développer une application d'éclairage pour ses points quantiques. « Les points quantiques sont l'émetteur de lumière le plus efficace au monde, ils sont presque 100 % efficaces, " dit-il. " Il y a des choses intéressantes que vous pouvez faire en termes d'éclairage général. Nous pourrions rendre une ampoule LED plus efficace tout en ayant la qualité de couleur d'une ampoule à incandescence. C'est quelque chose de plus loin pour nous."

L'autre société de points quantiques d'Alivisatos—Quantum Dot Corp., qu'il a cofondé en 1998 pour commercialiser l'utilisation des points quantiques pour le marquage luminescent des tissus biologiques - a depuis été acquis, et cette technologie se retrouve maintenant dans les outils d'imagerie biologique et médicale fabriqués par Thermo Fisher Scientific.

Pendant ce temps, il continue à travailler sur les points quantiques pour d'autres applications. L'un des principaux domaines est la recherche sur le cerveau, l'objet d'une initiative scientifique majeure annoncée par le président Obama en 2013, Recherche sur le cerveau grâce à l'avancement des neurotechnologies innovantes (BRAIN).

"Pour l'activité cérébrale, les points quantiques tels que nous les connaissons ne sont pas aussi susceptibles d'être utiles pour mesurer le potentiel membranaire dans les neurones et des choses comme ça, mais il y a beaucoup d'idées pour faire de nouvelles générations de points quantiques qui seraient sensibles aux neurotransmetteurs, il pourrait donc y avoir un potentiel pour la neuro-imagerie, " a-t-il dit. " C'est un stade très précoce, mais nous travaillons certainement sur des trucs comme ça."

Une autre application possible concerne les cellules solaires, qui était l'objectif initial de Nanosys lors de son lancement. "Pendant un petit moment, j'ai été découragé par les applications de l'énergie solaire, " a déclaré Alivisatos. " Plus récemment, nous avons travaillé dans le cadre de ce centre de recherche Energy Frontier (département de l'énergie) avec des groupes de Caltech et de l'Université de l'Illinois [le centre d'interactions lumière-matière dans la conversion énergétique dirigé par le California Institute of Technology]. Nous avons des idées de concentrateurs de luminescence, où les points quantiques peuvent avoir des avantages très importants pour le solaire. Nous avons donc une nouvelle idée. Ce n'est pas encore prouvé en laboratoire, mais les premiers travaux sont prometteurs."