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Une Led pas plus grande qu'une molécule

ActualitéClassé sous :physique , LED , diode électroluminescente

Les Led sont promises à un bel avenir, c'est pourquoi elles font l'objet de nombreuses études. Des chercheurs français ont réussi à en miniaturiser une à l'extrême, puisqu'elle se compose d'une seule et unique molécule ! Cette prouesse constitue également un pas supplémentaire vers la réalisation de composants pour un futur ordinateur moléculaire.

Des Led blanches et bleues utilisées pour l’éclairage d’une scène. Bien qu’ayant plus d’un siècle, la technologie Led n’est vraiment exploitée industriellement que depuis le début du XXIe siècle. © Jeff Wilcox, cc by 2.0

Les diodes électroluminescentes (Led) sont des composants qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique, qu'ils ne laissent passer que dans un sens. Les Led occupent une place importante dans notre quotidien, où elles jouent un rôle d'indicateurs lumineux. Elles sont également promises à un bel avenir dans le domaine de l'éclairage, où elles conquièrent progressivement le marché.

Un avantage majeur des Led est qu'il est possible d'en construire de très petite taille, permettant ainsi l'obtention de sources de lumière ponctuelles. Dans ce cadre, une étape ultime de miniaturisation vient d'être franchie par des chercheurs de l'institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS), en collaboration avec une équipe de l'Institut parisien de chimie moléculaire : la réalisation de la première Led composée d'une seule molécule.

Vue d’artiste de l'électroluminescence d'un fil moléculaire de polythiophène unique suspendu entre la pointe d'un microscope à effet tunnel et une surface en or. © Guillaume Schull, IPCMS (CNRS, université de Strasbourg)

Pour y parvenir, les scientifiques ont utilisé un brin unique de polythiophène. Ce matériau bon conducteur de courant, composé d'hydrogène, de carbone et de soufre, est utilisé dans la fabrication de Led commerciales de plus grande taille. Le brin de polythiophène était fixé d'un côté à la pointe d'un microscope à effet tunnel, et de l'autre à une surface en or. Les expérimentateurs ont alors enregistré la lumière émise lors du passage d'un courant au travers de ce nanofil. Ils ont pu constater que le brin de thiophène se comporte comme une diode électroluminescente : la lumière n'est émise que lorsque les électrons vont de la pointe du microscope vers la surface en or. Lorsque la polarité est inversée, l'émission de lumière est négligeable.

De la lumière produite là où la physique quantique prend le relais

En collaboration avec une équipe théorique du service de physique de l'état condensé, les chercheurs ont montré que cette lumière est émise lorsqu'une charge négative (un électron) se recombine à une charge positive (un trou) au sein du nanofil et transmet l'essentiel de son énergie à un photon. Tous les 100.000 électrons injectés dans le brin de thiophène, un photon est émis. Sa longueur d'onde se trouve dans la gamme du rouge.

D'un point de vue fondamental, ce dispositif offre aux chercheurs un outil nouveau pour sonder les phénomènes se produisant lorsqu'un matériau conducteur émet de la lumière. Ceci à une échelle où la physique quantique prend le pas sur la physique classique. Il permettra en outre d'optimiser les matériaux afin d'obtenir des émissions lumineuses plus performantes. Enfin, ces travaux présentés dans la revue Physical Review Letters (également disponible sur arxiv) constituent un premier pas vers la réalisation de composants de taille moléculaire qui combinent propriétés électroniques et optiques. Des composants similaires pourraient être à la base de l'ordinateur moléculaire.

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