Un nouvel appareil contrôle avec précision l’émission de photons pour des écrans portables plus efficaces

Récemment, une équipe de chimistes, mathématiciens, physiciens et nano-ingénieurs de l'Université de Twente aux Pays-Bas a développé un dispositif permettant de contrôler l'émission de photons avec une précision sans précédent. Cette technologie pourrait conduire à des sources de lumière miniatures plus efficaces, à des capteurs sensibles et à des bits quantiques stables pour l’informatique quantique.

L'article, intitulé « Fortement inhibé l'émission spontanée de points quantiques PbS liés de manière covalente aux cristaux de bande interdite photonique en silicium 3D », est publié dans le Journal de chimie physique C.

La partie de votre smartphone qui consomme le plus d’énergie est l’écran. Réduire toute énergie indésirable qui s'échappe de l'écran augmente la durabilité de notre smartphone. Imaginez que votre smartphone n'ait besoin d'être rechargé qu'une fois par semaine. Cependant, pour augmenter l’efficacité, vous devez pouvoir émettre des photons de manière plus contrôlée.

Boîte à outils MINT

Les chercheurs ont développé la « MINT-toolbox » : un ensemble d'outils issus des disciplines scientifiques des mathématiques, de l'informatique, des sciences naturelles et de la technologie. Dans cette boîte à outils, il y avait des outils chimiques avancés. Les plus importantes étaient les brosses en polymère, de minuscules chaînes chimiques capables de maintenir les sources de photons à un certain endroit.

Le premier auteur Andreas Schulz explique : « Les brosses en polymère sont greffées en solution à partir de surfaces de pores à l'intérieur d'un soi-disant cristal photonique fabriqué à partir de silicium. Une expérience assez délicate. Nous étions donc très excités lorsque nous avons vu dans des études d'imagerie aux rayons X distinctes que les sources de photons étaient placées aux bonnes positions au-dessus des pinceaux. »

En ajoutant des outils nanophotoniques, l’équipe a démontré que les sources de lumière excitées sont inhibées près de 50 fois. Dans cette situation, une source lumineuse reste excitée 50 fois plus longtemps que d’habitude. Le spectre correspond très bien au spectre théorique calculé avec des outils mathématiques avancés. Le deuxième auteur, Marek Kozoň, déclare : « La théorie prédit une lumière nulle puisqu'elle concerne un cristal fictif infiniment étendu. Dans notre véritable cristal fini, la lumière émise est non nulle, mais si petite qu'elle constitue un nouveau record du monde.

Les nouveaux résultats promettent une nouvelle ère pour les lasers miniatures et les sources de lumière efficaces, pour les qubits dans les circuits photoniques avec des perturbations fortement réduites (dues à des fluctuations de vide insaisissables). Willem Vos déclare : “Notre boîte à outils multifonctions offre des opportunités pour des applications complètement nouvelles qui profitent d'états excités fortement stabilisés. Ceux-ci sont essentiels à la photochimie et pourraient devenir des nanocapteurs chimiques sensibles.”