Une équipe de recherche du Worcester Polytechnic Institute (WPI) a développé un système révolutionnaire, matériau nanocomposite semi-conducteur activé par la lumière qui peut être utilisé dans une variété d'applications, comprenant des actionneurs microscopiques et des pinces pour robots chirurgicaux, micro-miroirs lumineux pour systèmes de télécommunications optiques, et des cellules solaires et des photodétecteurs plus efficaces.

"C'est un nouveau domaine de la science, " dit Balaji Panchapakesan, professeur agrégé de génie mécanique à WPI et auteur principal d'un article sur le nouveau matériau publié dans Rapports scientifiques , une revue en libre accès des éditeurs de La nature . "Très peu de matériaux sont capables de convertir directement les photons en mouvement mécanique. Dans cet article, nous présentons le premier matériau nanocomposite semi-conducteur connu pour le faire. C'est un matériau fascinant qui se distingue également par sa haute résistance et son absorption optique améliorée lorsqu'il est soumis à des contraintes mécaniques.

"De minuscules pinces et actionneurs fabriqués avec ce matériau pourraient être utilisés sur les rovers martiens pour capturer de fines particules de poussière." Panchapakesan a noté. "Ils pourraient voyager dans la circulation sanguine sur de minuscules robots pour capturer des cellules cancéreuses ou prélever de minuscules échantillons de tissus. Le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer des micro-actionneurs pour les miroirs rotatifs dans les systèmes de télécommunications optiques ; ils fonctionneraient strictement avec la lumière, et ne nécessiterait aucune autre source d'alimentation."

Comme d'autres matériaux semi-conducteurs, bisulfure de molybdène, le matériel décrit dans le Rapports scientifiques article ("Chromatic Mechanical Response in 2-D Layered Transition Metal Dichalcogenide (TMDs)-based Nanocomposites"), se caractérise par la façon dont les électrons sont disposés et se déplacent à l'intérieur de ses atomes. En particulier, les électrons dans les semi-conducteurs sont capables de passer d'un groupe d'orbitales externes appelé bande de valence à un autre groupe d'orbitales connu sous le nom de bande de conduction uniquement lorsqu'ils sont correctement excités par une source d'énergie, comme un champ électromagnétique ou les photons d'un faisceau lumineux. Franchir la "bande interdite, " les électrons créent un flux d'électricité, qui est le principe qui rend possible les puces informatiques et les cellules solaires.

Lorsque les électrons chargés négativement se déplacent entre les orbitales, ils laissent derrière eux des vides chargés positivement appelés trous. Une paire d'électrons liés et d'un trou d'électrons s'appelle un exciton.