Les excitons sont des quasi-particules fabriquées à partir de l'état excité des électrons et, selon les recherches menées par l'EPFL, ont le potentiel d'augmenter l'efficacité énergétique de nos appareils quotidiens.

C'est une toute nouvelle façon de penser l'électronique. Les excitons, ou quasiparticules formées lorsque les électrons absorbent la lumière, vont révolutionner les éléments constitutifs des circuits. Les scientifiques de l'EPFL étudient leurs propriétés extraordinaires afin de concevoir des systèmes électroniques plus économes en énergie, et ont maintenant trouvé un moyen de mieux contrôler les excitons se déplaçant dans les semi-conducteurs. Leurs conclusions paraissent aujourd'hui dans Nature Nanotechnologie .

Les quasiparticules sont des phénomènes temporaires résultant de l'interaction entre deux particules au sein de la matière solide. Les excitons sont créés lorsqu'un électron absorbe un photon et passe à un état d'énergie plus élevé, laissant derrière lui un trou dans son état énergétique précédent (appelé « bande de valence » dans la théorie des bandes). L'électron et le trou d'électron sont liés par des forces d'attraction, et les deux forment ensemble ce qu'on appelle un exciton. Une fois que l'électron retombe dans le trou, il émet un photon et l'exciton cesse d'exister.

L'année dernière, une équipe de scientifiques du Laboratoire d'électronique et de structures à l'échelle nanométrique (LANES) de l'EPFL a annoncé avoir développé un transistor, l'un des composants des circuits, qui fonctionne sur des excitons plutôt que sur des électrons (voir article). Et pour la première fois, ils ont pu faire fonctionner les transistors à température ambiante, une avancée majeure pour le développement d'applications pratiques de cette technologie.

Pour que les excitons durent plus longtemps, les scientifiques ont superposé deux matériaux 2D différents :le diséléniure de tungstène (WSe 2 ) et le diséléniure de molybdène (MoSe 2 ). Le matériau résultant avait une texture chatoyante qui a influencé la façon dont les quasi-particules ont été distribuées. "Avec ces deux matériaux, les excitons avaient tendance à se regrouper à des endroits précis et à empêcher le courant de circuler, " dit Andras Kis, le chef de LANES et co-auteur de l'étude. Pour éviter que cela se produise, cette fois, l'équipe de recherche a ajouté une couche intermédiaire de nitrure de bore de forme hexagonale (h-BN), ce qui leur permet de voir plus clairement les excitons et leurs niveaux d'énergie.

L'équipe de recherche a également découvert un moyen de polariser les courants d'excitons, ce qui signifie que les quasiparticules pourraient éventuellement être utilisées pour coder des données indépendamment grâce aux variations de l'amplitude du courant ainsi qu'à sa polarisation. Cela ouvre la porte à encore plus d'applications à la fois dans le codage et le traitement des données au niveau nanoscopique.