Bien que les nanocristaux offrent une harmonisation des couleurs et soient utilisés dans diverses technologies, pour obtenir des couleurs différentes, il faut utiliser des nanocristaux différents pour chaque couleur, et la commutation dynamique entre les couleurs n'a pas été possible.

Une équipe de chercheurs de l'Institut de chimie et du Centre de nanosciences et de nanotechnologies de l'Université hébraïque de Jérusalem, comprenant l'étudiant diplômé Yonatan Ossia et sept autres membres, et dirigée par le professeur Uri Banin, a désormais mis au point une solution innovante pour ce problème.

En développant un système de « molécule artificielle » constituée de deux nanocristaux semi-conducteurs couplés qui émettent de la lumière de deux couleurs différentes, une commutation de couleur rapide et instantanée a été démontrée. L'article intitulé "Changement de couleur induit par un champ électrique dans des molécules de points quantiques colloïdaux à température ambiante" a été publié dans la revue Nature Materials. .

La lumière colorée et sa modulabilité constituent la base de nombreuses technologies modernes essentielles :de l'éclairage aux écrans, en passant par les réseaux de communication rapides par fibre optique, et bien plus encore. En portant les semi-conducteurs émetteurs de couleur à l'échelle nanométrique (nano-un milliardième de mètre, cent mille fois plus petit qu'un cheveu humain), un effet appelé confinement quantique entre en jeu :changer la taille du nanocristal modifie la couleur de la lumière émise. . Ainsi, des sources de lumière brillante peuvent être obtenues couvrant tout le spectre visible.

En raison de l'accordabilité unique des couleurs de ces nanocristaux, ainsi que de leur fabrication et de leur manipulation faciles par voie humide, ils sont déjà largement utilisés dans les écrans commerciaux de haute qualité, ce qui leur confère une excellente qualité de couleur ainsi que des caractéristiques d'économie d'énergie significatives.

Cependant, à ce jour, obtenir différentes couleurs (comme celles nécessaires pour les différents pixels RVB) nécessitait l'utilisation de nanocristaux différents pour chaque couleur spécifique, et la commutation dynamique entre les différentes couleurs n'était pas possible.

Bien que le réglage des couleurs de nanocristaux colloïdaux simples qui se comportent comme des « atomes artificiels » ait déjà été étudié et mis en œuvre dans des prototypes de dispositifs optoélectroniques, le changement actif des couleurs s'est avéré difficile en raison de la luminosité diminuée qui accompagne intrinsèquement l'effet, qui n'entraîne qu'un léger changement de couleur. .

L'équipe de recherche a surmonté cette limitation en créant une nouvelle molécule dotée de deux centres d'émission, dans laquelle un champ électrique peut régler l'émission relative de chaque centre, modifiant ainsi la couleur, sans perdre en luminosité. La molécule artificielle peut être réalisée de telle sorte que l’un de ses nanocristaux constitutifs soit réglé pour émettre une lumière « verte », tandis que l’autre une lumière « rouge ». L'émission de cette nouvelle molécule artificielle à double émission de couleur est sensible à la tension externe induisant un champ électrique :une polarité du champ induit l'émission de lumière du centre "rouge", et en commutant le champ sur l'autre polarité, l'émission de couleur est commutée. instantanément au « vert », et vice versa.

Ce phénomène de changement de couleur est réversible et immédiat, car il n’inclut aucun mouvement structurel de la molécule. Cela permet d'obtenir chacune des deux couleurs, ou n'importe quelle combinaison d'entre elles, simplement en appliquant la tension appropriée sur l'appareil.

Cette capacité à contrôler avec précision le réglage des couleurs dans les dispositifs optoélectroniques tout en préservant l'intensité ouvre de nouvelles possibilités dans divers domaines, notamment dans les écrans, l'éclairage et les dispositifs optoélectroniques à l'échelle nanométrique avec des couleurs réglables, et également comme outil de détection de champ sensible pour les applications biologiques et les neurosciences à suivre. l'activité cérébrale. De plus, il permet d'ajuster activement les couleurs d'émission dans les sources de photons uniques, ce qui est important pour les futures technologies de communication quantique.

Le professeur Uri Banin de l'Université hébraïque de Jérusalem a expliqué :« Notre recherche constitue un grand pas en avant dans le domaine des nanomatériaux pour l'optoélectronique. Il s'agit d'une étape importante dans notre exposition de l'idée de « chimie des nanocristaux » lancée il y a quelques années seulement dans nos recherches. groupe, où les nanocristaux sont des éléments constitutifs de molécules artificielles dotées de nouvelles fonctionnalités passionnantes. Être capable de changer de couleur aussi rapidement et efficacement à l'échelle nanométrique que nous l'avons réalisé offre d'énormes possibilités. Cela pourrait révolutionner les écrans avancés et créer des sources de photons uniques commutables en couleur. "

En utilisant de telles molécules de points quantiques avec deux centres d'émission, plusieurs couleurs de lumière spécifiques utilisant la même nanostructure peuvent être générées.

Cette avancée ouvre la porte au développement de technologies sensibles pour détecter et mesurer les champs électriques. Il permet également de nouvelles conceptions d'affichage dans lesquelles chaque pixel peut être contrôlé individuellement pour produire des couleurs différentes, simplifiant ainsi la conception d'affichage RVB standard à une base de pixels plus petite, ce qui a le potentiel d'augmenter la résolution et les économies d'énergie des futurs écrans commerciaux.

Cette avancée dans la commutation de couleur induite par un champ électrique présente un immense potentiel pour transformer la personnalisation des appareils et la détection de champ, ouvrant la voie à de futures innovations passionnantes.

Plus d'informations : Changement de couleur induit par un champ électrique dans des molécules de points quantiques colloïdaux à température ambiante, Nature Materials (2023). DOI :10.1038/s41563-023-01606-0

Informations sur le journal : Matériaux naturels

Fourni par l'Université hébraïque de Jérusalem