Des points quantiques colorés décrochent le prix Nobel de chimie 2023


Autrefois considérés comme impossibles à réaliser, les points quantiques sont devenus un composant courant dans les écrans d’ordinateur, les écrans de télévision et les lampes LED, entre autres utilisations. Trois des scientifiques pionniers de ces nanocristaux colorés – Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus et Alexei I. Ekimov – ont reçu le prix Nobel de chimie 2023 de l’Académie royale des sciences de Suède. « pour la découverte et la synthèse de points quantiques. La nouvelle avait déjà fuité dans les médias suédois – un événement rare – lorsque Johan Aqvist, président du comité Nobel de chimie de l’Académie, en a fait l’annonce officielle, avec cinq flacons contenant des points quantiques de nombreuses couleurs alignés devant lui en guise de signe visuel. aide.

Un point quantique est une petite perle semi-conductrice de quelques dizaines d’atomes de diamètre. Des milliards pourraient tenir sur la tête d’une épingle, et plus vous pouvez les rendre petits, mieux c’est. À ces petites échelles, les effets quantiques se manifestent et confèrent aux points des propriétés électriques et optiques supérieures. Ils brillent vivement lorsqu’ils sont zappés par la lumière, et la couleur de cette lumière est déterminée par la taille des points quantiques. Les points plus gros émettent une lumière plus rouge ; les points plus petits émettent une lumière plus bleue. Ainsi, vous pouvez adapter les points quantiques à des fréquences de lumière spécifiques en modifiant simplement leur taille.

Les physiciens pensaient depuis les années 1930 que les particules à l’échelle nanométrique se comporteraient différemment. En effet, selon la mécanique quantique, il y a beaucoup moins d’espace pour les électrons lorsque les particules sont si petites, serrant les électrons si étroitement que les propriétés des matériaux peuvent changer radicalement. Dans les années 1970, les scientifiques ont réussi à fabriquer des films minces à l’échelle nanométrique sur des matériaux en vrac, possédant des propriétés optiques dépendant de la taille, conformément à ces prédictions antérieures. Mais la fabrication de ces films nécessitait des conditions d’ultra-vide et des températures proches du zéro absolu, donc personne ne s’attendait à ce qu’ils aient une grande utilité pratique.

Moungi Bawendi, Louis Brus et Alexei Ekimov ont été les pionniers du développement des points quantiques.

Une solution a émergé de l’étude du verre coloré ancien. Les verriers ont compris depuis longtemps qu’ils pouvaient ajouter de l’argent, de l’or ou du cadmium à leur verre en fusion, faire varier la température et contrôler le processus de refroidissement pour créer différentes nuances de verre coloré. Les scientifiques ont réalisé plus tard que les couleurs provenaient de minuscules particules à l’intérieur du verre et que la couleur particulière dépendait de la taille de ces particules.

À la fin des années 1970, Ekimov, alors nouvellement titulaire d’un doctorat, a commencé des recherches sur les propriétés optiques du verre coloré à l’Institut d’optique d’État SI Vavilov, dans ce qui était alors l’Union soviétique. Il s’est inspiré de certaines des méthodes de diagnostic optique qu’il avait utilisées pour ses recherches doctorales sur les semi-conducteurs, en mettant en lumière les matériaux et en mesurant la manière dont ils étaient absorbés pour en savoir plus sur la structure cristalline.

Ekimov a commencé à teinter son verre fabriqué en laboratoire avec du chlorure de cuivre, radiographiant le verre obtenu après refroidissement. Il a découvert que de minuscules cristaux de chlorure de cuivre s’étaient formés et que la manière dont il les avait produits (en faisant varier la température entre 500° et 700° C et les temps de chauffage entre une et 96 heures) affectait leur taille, qui variait d’environ 2 nm à 30 nm. . De plus, la taille des particules affectait l’absorption lumineuse du verre, tout comme les films minces créés dans les années 1970 : plus les particules étaient petites, plus elles absorbaient de lumière bleue. Ce furent les premiers points quantiques délibérément fabriqués en laboratoire.

Hélas, l’article d’Ekimov de 1981 annonçant sa découverte a été publié dans une revue soviétique et les chercheurs du monde entier n’y ont donc pas eu accès. Cela incluait Brus, qui a publié un article en 1983 annonçant sa découverte de nanoparticules flottant librement dans une solution qui montrait également des effets optiques dépendant de la taille.

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