Propriétés des Quantum Dots
Quantum Dots, la couleur maîtrisée
Les Quantum Dots sont de minuscules particules semi-conductrices. Ils peuvent être composés de différents types d’atomes : cadmium, sélénium, cuivre, zinc… Dans tous les cas, le Quantum Dot constitue une enceinte dans laquelle sont confinés un ou plusieurs électrons, ou un ou plusieurs trous (lacunes électroniques).
La propriété la plus évidente des Quantum Dots, la plus étudiée et la plus exploitée, est leur fluorescence, c’est-à-dire l’émission de photons d’une longueur d’onde spécifique lorsqu’ils sont excités par de l’électricité ou de la lumière. Pour une forme et une composition données du Quantum Dot, la longueur d’onde de la lumière émise dépend très précisément de la taille de la particule.
De la taille des Quantum Dots à la couleur
Essayons de clarifier ce point : imaginons que nous ayons une méthode de synthèse, ou une recette, nous permettant de fabriquer des Quantum Dots en mélangeant deux types d’atomes et que les Quantum Dots obtenus sont toujours sphériques. En début de synthèse, quelques atomes viennent s’agréger pour former des petits Quantum Dots. On laisse cuire plus longtemps, de nouveaux atomes viennent s’ajouter aux Quantum Dots et les font grossir.
Les petits Quantum Dots de début de synthèse et les gros Quantum Dots obtenus ensuite sont de même composition, de même forme, mais de taille différente, ils émettront une lumière de longueur d’onde différente, c’est à dire de couleur différente. Toutes choses égales par ailleurs, plus un Quantum Dot est petit, plus la longueur d’onde de la lumière qu’il émet est courte. Si nos deux tailles de Quantum Dots émettent dans le spectre visible de la lumière, les petits seront plus vers le bleu et les gros vers le rouge.
Bien évidemment, il est possible de créer des Quantum Dots très grands, qui émettent dans l’infrarouge et très petits, qui émettent dans l’ultraviolet.
Maîtrise de la synthèse des Quantum Dots
Les premiers enjeux importants d’une méthode de synthèse sont donc :
d’avoir une très faible dispersion dans la taille des Quantum Dots synthétisés. Si on veut exploiter des Quantum Dots pour leurs propriétés optiques, ce qui est presque toujours le cas pour les applications actuelles, il est nécessaire d’avoir des lots de particules qui ont toutes la même couleur. Si des Quantum Dots de différentes couleurs sont mélangés dans la solution en fin de synthèse, il faudra les trier, ce qui est long et difficile.
- de pouvoir régler précisément la taille des Quantum Dots synthétisés, ceci pour que chaque lot ait exactement les mêmes propriétés, sans quoi ils seront difficiles à utiliser industriellement.
Des Quantum Plates plus performantes
La maîtrise de la forme des Quantum Dots obtenus est ensuite très intéressante. Les premières méthodes de synthèse permettaient d’obtenir des nanocristaux sphériques, avec un confinement des charges dans les trois dimensions. Aujourd’hui, on peut fabriquer des Quantum Dots cylindriques (confinement dans 2 dimensions), ou plan (confinement dans 1 dimension), les Quantum Plates mises au point par Nexdot.
La forme influe sur les propriétés intrinsèques des Quantum Dots. Les Quantum Plates sont par exemple plus brillantes qu’un Quantum Dot sphérique à excitation égale, et émet de la lumière dans une seule direction.
Les Quantum Dots cylindriques et les Quantum Plates présentent également des avantages pour certaines applications. Il est possible de synthétiser un « connecteur » à chaque extrémité d’un quantum dot cylindrique. Les Quantum Plates sont plus simples à ordonner les unes par rapport aux autres.