Les points quantiques font des vagues dans le monde des téléviseurs et des écrans, mais de quoi s’agit-il exactement ? S’agit-il d’un nouvel abus du mot « quantique » par les spécialistes du marketing, ou ces points sont-ils aussi étonnants qu’on le dit ?
L’atome artificiel
Les points quantiques sont des particules de matériau semi-conducteur de quelques nanomètres seulement. Également appelés « atomes artificiels » (bien qu’ils soient beaucoup plus grands qu’un atome), ces points agissent de la même manière que les atomes en ce qui concerne leur relation avec les électrons. Ils sont si petits que leurs électrons sont « piégés » et se comportent de la même manière que les atomes. Lorsque la lumière UV frappe un point quantique, ses électrons passent à un état d’énergie supérieur. Lorsque les électrons retombent à leur niveau de base, la différence d’énergie entre les deux états est libérée sous forme de lumière.
On les appelle « points quantiques » pour deux raisons. Premièrement, ils présentent des propriétés quantiques grâce à la manière dont ils confinent les électrons en leur sein. Les effets quantiques sont ces lois subatomiques de la physique que les scientifiques essaient encore de comprendre complètement, mais nous pouvons déjà les appliquer dans des dispositifs tels que les ordinateurs quantiques.
On les appelle des points car ils sont si petits qu’ils sont pratiquement de dimension zéro. En d’autres termes, ils sont un point unique sans largeur, longueur ou hauteur. Bon, d’accord, ils ont quelques dizaines d’atomes de diamètre, mais ils sont si proches d’être des points de dimension zéro que les lois farfelues de la mécanique quantique entrent en jeu.
Pourquoi les points quantiques sont-ils si utiles ?
Les points quantiques se comportent comme des atomes qui ont été excités, mais ils diffèrent sur un point fondamental. La lumière que vous obtenez d’un atome ou d’un point quantique est égale à la quantité d’énergie absorbée et libérée, qui détermine la longueur d’onde et donc la couleur de la lumière. Cependant, un type d’atome (par exemple, le fer ou le sodium) émettra toujours la même longueur d’onde de couleur.
Les points quantiques, en revanche, peuvent tous être fabriqués à partir du même matériau semi-conducteur, mais produisent des longueurs d’onde différentes en fonction de leur taille. Plus le point est gros, plus la longueur d’onde est grande, et vice versa. Ainsi, les gros points tendent vers l’extrémité rouge du spectre et les petits vers l’extrémité bleue.
Cet attribut des points quantiques signifie que vous pouvez contrôler avec précision l’émission de lumière colorée pour obtenir des couleurs vives et précises.
Comment fabriquer des points quantiques
Les points quantiques ont une structure précise car ce sont des cristaux. Les tranches de silicium à partir desquelles sont fabriquées nos puces sont également des cristaux qui s’organisent d’eux-mêmes en motifs atomiques. C’est pourquoi nous pouvons fabriquer des points quantiques avec des structures précises à l’échelle nanométrique. Si nous devions les construire atome par atome, ils ne seraient pas très pratiques !
On peut les fabriquer en envoyant des faisceaux d’atomes sur un substrat pour construire des cristaux, en envoyant des ions (électrons libres) sur votre substrat semi-conducteur ou en utilisant des rayons X. Les points quantiques peuvent également être créés en utilisant les rayons X. Les points quantiques peuvent également être créés à l’aide de procédés chimiques et même de procédés biologiques. Toutefois, la recherche sur la fabrication biologique en est encore à ses débuts.
Où sont utilisés les points quantiques ?
En dehors des écrans QD-OLED et QLED que la plupart des gens connaissent, il existe de nombreuses applications pour ces points invisibles dans de nombreuses technologies différentes.
Les panneaux solaires constituent une application potentielle majeure des points quantiques. Les cellules solaires actuelles à base de silicium sont déjà assez efficaces pour capter l’énergie de la lumière, mais comme les points quantiques peuvent être « accordés » pour absorber la lumière de diverses parties du spectre électromagnétique, ils pourraient donner naissance à des panneaux solaires beaucoup plus efficaces. Non seulement ces panneaux seraient plus efficaces, mais ils seraient également moins chers à produire, car le processus de fabrication des points quantiques nécessaires est relativement simple.
En théorie, il est possible de fabriquer une cellule solaire à points quantiques purs, mais ceux-ci peuvent également être utilisés dans des cellules solaires hybrides. Accroître l’efficacité d’autres technologies d’énergie solaire.
Les points quantiques peuvent être utilisés dans les détecteurs de photons, ont un potentiel intéressant en biomédecine et pourraient même permettre de fabriquer des diodes électroluminescentes beaucoup moins chères et plus efficaces.
Une application intéressante des points quantiques est le traitement du cancer, où les points sont conçus pour s’accumuler dans des organes spécifiquement ciblés afin de libérer des médicaments anticancéreux ainsi qu’une imagerie avancée. Ils peuvent même jouer un rôle dans le diagnostic précoce des tumeurs.
Les points quantiques pourraient également être la clé de l’informatique photonique, car les circuits électriques deviennent si petits que les effets quantiques rendent impossible le passage des électrons. Les points quantiques pourraient résoudre plusieurs des problèmes auxquels se heurte encore l’informatique photonique.
Le quantum défie l’imagination
Richard Feynman, le célèbre physicien américain, a souvent dit quelque chose comme « Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, vous ne la comprenez pas ». Albert Einstein est également connu pour ne pas s’y aventurer. Nous sommes donc assez à l’aise pour admettre que nous ne comprenons pas vraiment les points quantiques.
Ce que nous savons, c’est qu’ils sont très polyvalents et qu’ils permettront des innovations technologiques étonnantes, au-delà de la fabrication de plus beaux écrans d’ordinateur. Ainsi, la prochaine fois que vous vous émerveillerez devant la vivacité de votre téléviseur QLED, pensez un instant à l’incroyable magie subatomique qui se produit pour que vous puissiez obtenir une image plus belle et à la façon dont, un jour, les points quantiques pourraient remplir des fonctions importantes dans votre corps et dans le monde.