• Ingénierie: une classe de matériaux bidimensionnels, qui combinés sont en mesure de former des structures permettant l’émission de lumière à la carte, a été découverte!____¤202002

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Design of van der Waals interfaces for broad-spectrum optoelectronics» ont été publiés dans la revue Nature Materials, a permis de découvrir une classe entière de matériaux bidimensionnels, de l’épaisseur d’un ou de quelques atomes, capables, une fois combinés, de former des structures qui permettent l’émission de lumière à la carte, c’est-à-dire de la couleur souhaitée.

     
    Relevons tout d'abord que «les matériaux semi-conducteurs capables d’émettre de la lumière sont utilisés dans des secteurs aussi divers que les télécommunications, les dispositifs électroluminescents (LED) ou le diagnostic dans le secteur médical». Il y a une émission de lumière «lorsqu’un électron saute à l’intérieur du semi-conducteur d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau d’énergie inférieur» et c'est «la différence d’énergie qui détermine la couleur de la lumière émise».

     

    Cependant, comme «pour que de la lumière soit produite, la vitesse de l’électron avant et après le saut doit être exactement la même, une condition qui dépend du matériau semi-conducteur considéré», uniquement «certains semi-conducteurs peuvent être utilisés pour émettre de la lumière : le silicium par exemple, utilisé pour réaliser nos ordinateurs, ne peut pas être employé pour fabriquer des dispositifs électroluminescents».

     

    Dans ce contexte, l'étude ici présentée a cherché à savoir «si des matériaux bidimensionnels pouvait être utilisés pour réaliser des structures qui émettent de la lumière avec la couleur souhaitée». Notons ici que «les matériaux bidimensionnels sont des cristaux parfaits qui, de la même manière que le graphène, ont l’épaisseur d’un ou de quelques atomes» et soulignons qu'en raison «de récents progrès techniques, différents matériaux bidimensionnels peuvent être empilés les uns sur les autres pour former des structures artificielles qui se comportent comme des semi-conducteurs».

     

    En fait, «l'avantage de ces 'semi-conducteurs artificiels' est que les niveaux d’énergie peuvent être contrôlés en sélectionnant la composition chimique et l’épaisseur des matériaux formant la structure». De plus, «lorsque les matériaux bidimensionnels ont exactement la même structure et que leurs cristaux sont parfaitement alignés, ce type de semi-conducteurs artificiels peuvent émettre de la lumière», mais c'est «très rare».

     

    Alors que les conditions strictes énoncées ici «laissent peu de liberté pour contrôler l’émission de lumière», cette étude a cherché «à combiner des matériaux bidimensionnels différents pour émettre de la lumière en s’affranchissant de toute contrainte». L’idée était que si l’on trouvait «une classe de matériaux pour laquelle la vitesse des électrons avant et après le changement de niveau d’énergie est nulle», on se trouvait «dans un cas idéal qui satisfait toujours les conditions pour l’émission de lumière, indépendamment des détails des réseaux cristallins et de leur orientation relative».

     

    Comme «un grand nombre de semi-conducteurs bidimensionnels connus ont une vitesse électronique nulle dans les niveaux d’énergie pertinents», une fois l'idée mise en avant, il a été «facile de trouver les matériaux à utiliser pour la mettre en œuvre».

     

    Concrètement, «les matériaux qui ont été utilisés dans la recherche comprennent différents dichalcogénures de métaux de transition (par exemple, MoS2, MoSe2 et WS2) et InSe». Par ailleurs, «d'autres matériaux possibles ont été identifiés et seront utiles pour élargir la gamme de couleurs de la lumière émise par ces nouveaux semi-conducteurs artificiels».

     

    En fin de compte, «le grand avantage de ces matériaux 2D, grâce au fait qu’il n’y a plus de conditions préalables à l’émission de la lumière, est d’offrir de nouvelles stratégies pour manipuler cette lumière» avec «l’énergie et la couleur que l’on souhaite avoir», ce qui «permet d’imaginer des applications futures au niveau industriel, car cette lumière émise est robuste et qu’il n’y a plus besoin de se préoccuper de l’alignement des atomes».

     

     


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