dimanche 21 avril 2024
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Révolution en chimie : des boîtes quantiques récompensées par le prix Nobel pour des couleurs inédites !

Le comité Nobel a annoncé officiellement le mercredi 4 octobre que le prix Nobel de chimie était attribué à Moungi Bawendi du MIT, Louis Brus de l’Université Columbia et Alexei Ekimov de Nanocrystals Technology Inc pour leur contribution majeure dans le développement des boîtes quantiques également appelées « quantum dots ».

Cette récompense prestigieuse met en lumière des découvertes fascinantes réalisées dans les années 1970-1980. En effet, les boîtes quantiques se retrouvent aujourd’hui dans de nombreux secteurs industriels, tels que les écrans de télévision où elles améliorent les contrastes lumineux, ainsi que dans des domaines de recherche comme l’optoélectronique ou la visualisation de structures biologiques nanoscopiques.

Ces trois chercheurs ont réussi à maîtriser les électrons en les confinant dans des matériaux de dimensions extrêmement réduites, de l’ordre de quelques nanomètres, soit un milliardième de mètre. Pour mieux se rendre compte de la taille de ces composants révolutionnaires, il suffit de les comparer avec le diamètre d’un cheveu, non pas coupé en quatre, mais en 10 000.

Ces mini-cristaux, composés à l’origine de sulfate de cadmium, peuvent également contenir d’autres éléments tels que le soufre, le gallium ou l’arsenic. Les électrons emprisonnés dans ces boîtes quantiques acquièrent ainsi un caractère quantique, leur énergie se trouve « quantifiée ». Contrairement à ce qu’ils pourraient faire dans un matériau massif, où ils pourraient se déplacer librement avec n’importe quelle énergie, les électrons piégés dans les boîtes quantiques ne peuvent sauter d’un niveau d’énergie à un autre que de manière discrète, comme des barreaux d’une échelle.

La taille de ces boîtes quantiques est cruciale. Plus le confinement est serré, c’est-à-dire plus le cristal est petit, plus les niveaux d’énergie sont espacés et plus la lumière émise par ces structures tirera vers le violet. Tout cela est rendu possible après l’excitation de la boîte par un laser.

L’histoire de ces recherches est également captivante. Alexei Ekimov est le pionnier de ces nanocristaux et a réussi à fabriquer les premières boîtes quantiques en 1979 dans son laboratoire de Leningrad, aujourd’hui Saint-Pétersbourg. Par la suite, Louis Brus, alors aux laboratoires Bell, a proposé une modélisation simple pour expliquer les émissions lumineuses et a également mis au point une nouvelle méthode de fabrication basée sur des colloïdes. Son étudiant en post-doctorat, Moungi Bawendi, a poussé les développements encore plus loin.

Avec cette reconnaissance internationale, ces chercheurs ont ouvert la voie à de nombreuses applications potentielles des boîtes quantiques. Leurs travaux ont permis de développer des matériaux innovants pour la fabrication d’écrans plus performants et de nouvelles techniques de visualisation des structures biologiques à l’échelle nanométrique.

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