Libérer une nouvelle ère de nano-dispositifs à couleurs réglables – La plus petite source de lumière jamais conçue avec des couleurs commutables

Les nanocristaux, malgré leur capacité à être réglés en couleur et leur utilité dans diverses technologies, ont été limités dans leur utilisation en raison du besoin de nanocristaux distincts 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 avec sept autres membres, et dirigée par le professeur Uri Banin, a maintenant trouvé une solution innovante pour ce problème.

Yonatan Ossia, Université hébraïque. 1 crédit

En développant un système d’une “molécule artificielle” composée de deux nanocristaux semi-conducteurs couplés qui émettent de la lumière dans deux couleurs différentes, une commutation de couleur rapide et instantanée a été démontrée.

La lumière colorée et son accordabilité sont à la base de nombreuses technologies modernes essentielles : de l’éclairage, des écrans, des réseaux de communication rapides par fibre optique, etc. Lors de la prise d’émission de couleur

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>semi-conducteurs au

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>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 lumineuses brillantes peuvent être obtenues couvrant tout le spectre visible.

En raison de l’accordabilité unique des couleurs de ces nanocristaux et de leur fabrication et manipulation faciles à l’aide de la chimie 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, l’obtention de couleurs différentes (telles que nécessaires pour les différents pixels RVB) nécessitait l’utilisation de différents nanocristaux 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 uniques qui se comportent comme des “atomes artificiels” ait déjà été étudié et mis en œuvre dans des prototypes de dispositifs optoélectroniques, le changement actif de couleurs a été difficile en raison de la luminosité réduite accompagnant intrinsèquement l’effet, qui n’a entraîné qu’un léger décalage de la couleur. .

Prof. Uri Banin, Université hébraïque. Crédit : Nati Shohat, Flash 90

L’équipe de recherche a surmonté cette limitation, en créant une nouvelle molécule avec deux centres d’émission, où un champ électrique peut ajuster l’émission relative de chaque centre, en changeant la couleur, mais sans perdre de luminosité. La molécule artificielle peut être fabriquée de telle sorte que l’un de ses nanocristaux constitutifs soit réglé pour émettre de la lumière « verte », tandis que l’autre de la lumière « rouge ».

L’émission de cette nouvelle molécule artificielle bicolore émettrice de couleur est sensible à une tension externe induisant un champ électrique : une polarité du champ induit l’émission de lumière depuis le 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 les affichages, l’éclairage et les dispositifs optoélectroniques à l’échelle nanométrique avec des couleurs réglables, ainsi qu’un outil de détection de champ sensible pour les applications biologiques et les neurosciences à suivre. l’activité cérébrale. De plus, il permet de régler activement les couleurs d’émission en un seul

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”> photon sources importantes pour les futures technologies de communication quantique.

Le professeur Uri Banin de l’Université hébraïque de Jérusalem a expliqué : « Notre recherche est un grand pas en avant dans les nanomatériaux pour l’optoélectronique. C’est une étape importante dans notre exposition de l’idée de « chimie des nanocristaux » lancée il y a quelques années dans notre groupe de recherche, où les nanocristaux sont des éléments constitutifs de molécules artificielles avec de nouvelles fonctionnalités intéressantes. Être capable de changer de couleur aussi rapidement et efficacement à l’échelle nanométrique que nous 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 spécifiques de lumière utilisant la même nanostructure peuvent être générées. Cette percée ouvre les portes au développement de technologies sensibles de détection et de mesure des champs électriques. Il permet également de nouvelles conceptions d’affichage où chaque pixel peut être contrôlé individuellement pour produire différentes couleurs, simplifiant 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 le champ électrique a un immense potentiel pour transformer la personnalisation des appareils et la détection de champ, ouvrant la voie à de futures innovations passionnantes.

Référence : « Commutation de couleur induite par un champ électrique dans des molécules de points quantiques colloïdaux à température ambiante » par Yonatan Ossia, Adar Levi, Yossef E. Panfil, Somnath Koley, Einav Scharf, Nadav Chefetz, Sergei Remennik, Atzmon Vakahi et Uri Banin, août 2023, Matériaux naturels.
DOI : 10.1038/s41563-023-01606-0

L’étude a été financée par le Conseil européen de la recherche.