La nanotechnologie se limite souvent à des produits de niche, mais les points quantiques sont si versatiles qu’ils pourraient être utilisés dans tout, depuis les ampoules électriques jusqu’aux ordinateurs portables

Les propriétés d’un matériau ont été pensé, une fois pour toutes, en termes de définition, que par sa composition chimique. Mais la taille importe aussi, en particulier pour les semi-conducteurs. Fabriquez des cristaux de silicium suffisamment petits, moins de 10 nanomètres, - et grâce à leurs dimensions minuscules, vous pourrez commencer à dicter la façon dont les atomes se comportent et réagissent en présence d’autres éléments.

Ces petits morceaux de cristaux semi-conducteurs, baptisés du terme de point quantique, ont de telles remarquables et nouvelles propriétés que les scientifiques pensent qu’ils vont bientôt être utilisés dans tout, depuis les ampoules électriques jusqu’à l’imagerie des cellules cancéreuses ou dans la conception de cellules solaires ultra-efficaces.

Les semi-conducteurs tels que l’arséniure d’indium ou de silicium sont choisis pour construire des circuits électroniques en raison des niveaux d’énergie discrets grâce auxquels ils peuvent dégager des électrons ou des photons. Cela les rend utiles dans la construction de commutateurs, de transistors et autres appareils. On pensait autrefois que ces niveaux d’énergie, connus sous le nom de bandes interdites, étaient fixés. Mais en diminuant la taille physique du matériau semi-conducteur à des niveaux de points quantiques, cela semble être capable de changer les largeurs des bandes interdites, de modifier des longueurs d’onde de la lumière que le matériau peut émettre ou de changer l’énergie nécessaire pour modifier un matériau d’un isolant en un conducteur.

Au lieu de chercher des matériaux neufs afin de construire différents appareils, les points quantiques permettent d’utiliser un seul type de semi-conducteurs afin de produire une gamme de caractéristiques différentes. Les chercheurs pourraient adapter des points fabriqués à partir de silicium pour émettre une gamme de couleurs différentes dans différentes situations, par exemple, au lieu d’avoir à utiliser une gamme de matériaux avec des produits chimiques de différentes compositions.

"L’application principale des points quantiques pour le moment est le marquage biologique de cellules », souligne Paul O’Brien, professeur de matériaux inorganiques à l’Université de Manchester et co-fondateur de Nanoco Technologies, un fabricant de points quantiques basé à Manchester. Ils sont utilisés de la même manière que les colorants fluorescents, pour labelliser des agents, dit-il, mais avec l’avantage qu’une seule source laser peut être utilisée pour éclairer de nombreuses étiquettes différentes, chacune avec une longueur d’onde spécifique.

En attachant les différents types de points quantiques à des protéines qui ciblent et s’attachent à des types cellulaires spécifiques dans le corps, ces morceaux de semi-conducteurs peuvent être utilisés par les médecins pour surveiller différents types de cellules. Quand un laser est ensuite dirigé sur des cellules marquées, les médecins peuvent voir de quelle couleur elles brillent.

La capacité à briller rend également les points quantiques bien adaptés pour produire une lumière blanche. Les ampoules blanches existantes à base de technologie LED ont tendance à produire une forme criarde et bleuâtre de la lumière qui apparait notoirement froide précise Paul O’Brien. C’est parce que ces LEDs utilisent une substance luminescente qui produit une lumière artificielle blanche qui contient des longueurs d’onde moins rouge que la lumière blanche naturelle. En intégrant les points quantiques dans un film qui est placé sur une ampoule contenant des LED bleues, il est possible d’obtenir une couleur beaucoup plus chaude de la lumière blanche. La lumière bleue de la LED stimule les points quantiques qui, à son tour, émettent de la lumière dans une gamme de couleurs. Si vous avez choisi vos points avec soin, celles-ci se combinent pour former la lumière blanche.

La première de ces lumières à points quantiques est apparue sur le marché en 2010, suite à un partenariat entre QD Vision, une spin-out du MIT à Lexington, dans le Massachusetts, et Nexxus Lighting de Charlotte, en Caroline du Nord.

Les rétroéclairages des ordinateurs portables, des tablettes et des appareils mobiles sont les prochains sur la liste, et ils devraient apparaître dans les produits avant la fin de l’année 2012, assure Sahi VJ, responsable du développement au sein de la société de conception de matériaux Nanosys de Palo Alto, en Californie. Outre les avantages des couleurs, le rétroéclairage à base de points quantiques peut être trois fois plus efficace que le rétroéclairage traditionnel.

Éventuellement, lance Sahi VJ, les points quantiques feraient plus que que simplement allumer les écrans. L’objectif à long terme est de les utiliser pour créer chaque sous-pixel rouge, vert et bleu qui constitue un écran couleur. Cela devrait produire des couleurs beaucoup plus vives et consomment moins d’énergie que les LCD ou même les dernières LED organiques au top de la technologie. Ils devraient également avoir aucun problème avec les angles de vision.

Les propriétés intéressantes de points quantiques viennent du fait qu’ils se comportent comme des diapasons pour les photons, résultat d’un phénomène appelé "confinement". A moins de 10 nanomètres, soit environ 50 atomes, ils entrent dans les dimensions d’une caractéristique quantique essentielle de la matière connue sous le nom de "rayon de l’exciton de Bohr". Les niveaux d’énergie des électrons dans les atomes du matériau sont contraints et, quand un photon ou un électron frappe un atome et l’excite, l’atome réémet l’énergie d’un photon avec un niveau d’énergie très spécifique.

Les points quantiques ont aussi un autre tour dans leur sac. Outre le fait de convertir les photons d’une énergie en photons d’une autre énergie, ils peuvent aussi être utilisés pour libérer des électrons et créer des courants électriques : en d’autres termes, ils peuvent être utilisés pour fabriquer des cellules solaires. Arthur Nozik au National Renewable Energy Laboratory à Boulder, au Colorado, dit que les cellules solaires à points quantiques seraient beaucoup plus efficaces pour convertir l’énergie des photons et donc augmenter la quantité d’énergie qu’ils peuvent produire.

Il faudrait encore de nombreuses années pour que telles applications deviennent des réalités commerciales. Mais cela sert à démontrer qu’aucune technologie des matériaux n’est figée, et que parfois, tout ce que vous avez à faire est de réduire sa taille.

 http://www.guardian.co.uk/nanotechnology-world/quantum-dots-can-join-everyday-life