Les physiciens ont découvert un nouveau type de nanotube qui génère du courant en présence de lumière. Les dispositifs tels que les capteurs optiques et les puces d'imagerie infrarouge sont des applications probables, qui pourraient être utiles dans des domaines tels que le transport automatisé et l'astronomie. Dans le futur, si l'effet peut être amplifié et la technologie étendue, cela pourrait conduire à des dispositifs d'énergie solaire à haut rendement.

En collaboration avec une équipe internationale de physiciens, Le professeur Yoshihiro Iwasa de l'Université de Tokyo explorait les fonctions possibles d'un nanotube semi-conducteur spécial lorsqu'il a eu un moment d'ampoule. Il a pris cette ampoule proverbiale (qui était en réalité un laser) et l'a braquée sur le nanotube pour découvrir quelque chose d'éclairant. Certaines longueurs d'onde et intensités de lumière induisent un courant dans l'échantillon, c'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque. Il existe plusieurs matériaux photovoltaïques, mais la nature et le comportement de ce nanotube suscitent l'enthousiasme.

« Essentiellement, notre matériel de recherche génère de l'électricité comme des panneaux solaires, mais d'une manière différente, " a déclaré Iwasa. " Avec le Dr Yijin Zhang du Max Planck Institute for Solid State Research en Allemagne, nous avons démontré pour la première fois que les nanomatériaux pouvaient surmonter un obstacle qui limitera bientôt la technologie solaire actuelle. Pour l'instant, les panneaux solaires sont aussi bons qu'ils peuvent l'être, mais notre technologie pourrait s'améliorer là-dessus."

Le nanotube inducteur de courant est constitué de feuilles enroulées d'un matériau semi-conducteur spécial à base de disulfure de tungstène (WS 2 ). Les feuilles n'induisent pas de courant en présence de lumière à moins qu'elles ne soient enroulées dans des tubes. Il s'agit d'un comportement émergent, un non intrinsèque au matériau jusqu'à ce qu'il soit modifié. Ce qui est intéressant, c'est en quoi il diffère des matériaux photovoltaïques existants.

Généralement, les panneaux solaires photovoltaïques utilisent un certain agencement de matériaux appelé jonction p-n. C'est là que deux types de matériaux différents (type p et type n) sont attachés, qui seuls ne génèrent pas de courant en présence de lumière, mais lorsqu'ils sont placés ensemble, faire. L'efficacité du photovoltaïque à jonction P-n s'est améliorée au cours des 80 années environ depuis sa découverte. Cependant, ils se rapprochent de leurs limites théoriques en partie à cause de leur besoin d'agencement de plusieurs matériaux.

WS 2 les nanotubes ne reposent pas sur une jonction entre les matériaux pour obtenir l'effet photovoltaïque. Lorsqu'il est exposé à la lumière, ils génèrent un courant dans toute leur structure ou volume. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque de masse (BPVE) et il se produit lorsque le WS 2 le nanotube n'est pas symétrique si vous deviez l'inverser. S'il était symétrique, le courant induit n'aurait pas de sens privilégié et ne circulerait donc pas. Ainsi, d'autres nanotubes symétriques, comme les fameux nanotubes de carbone, ne présentent pas de BPVE alors qu'ils sont d'excellents conducteurs électriques.

« Nos recherches montrent une amélioration d'un ordre de grandeur de l'efficacité du BPVE par rapport à sa présence dans d'autres matériaux, " continua Iwasa. " Mais malgré cet énorme gain, notre WS 2 nanotube ne peut pas encore se comparer au potentiel de génération des matériaux de jonction p-n. En effet, l'appareil est nanoscopique et sera difficile à agrandir. Mais c'est possible et j'espère que les chimistes seront inspirés pour relever ce défi."

À long terme, les chercheurs espèrent que ce type de matériau pourrait permettre la fabrication de panneaux solaires plus efficaces. Mais compte tenu des contraintes de taille prévisibles à court terme, il est plus susceptible de trouver une utilisation dans d'autres applications. Le BVPE pourrait être utilisé pour créer des capteurs optiques ou infrarouges plus sensibles et plus fidèles. Ceux-ci ont d'autres applications dans les dispositifs de surveillance embarqués, voitures autonomes chargées de capteurs ou même dans les capteurs d'imagerie des télescopes astronomiques.

« Mes collègues du monde entier et moi-même explorons avec enthousiasme le potentiel de cette technologie sans précédent, " conclut Iwasa. " Pour moi, l'idée de créer de nouveaux matériaux au-delà de tout ce que la nature pourrait fournir est une récompense fascinante en soi."

L'étude est publiée dans La nature .