PRIX NOBEL DE CHIMIE 2023

Le Franco-Tuniso-Américain Moungi G. Bawendi, l’Américain Louis E. Brus et le Russe Alexeï I. Ekimov ont reçu le prix Nobel de chimie 2023 pour la découverte et la synthèse des quantum dots, « points quantiques » en français, plus communément appelés boîtes quantiques. Ces objets sont des nanocristaux de matériauxsemi-conducteurs qui émettent une lumière monochromatique intense et modulable (bleue, rouge, verte et bien d’autres encore) lorsqu’ils sont soumis à un rayonnement lumineux. Par comparaison avec les lasers classiques, ils nécessitent peu de puissance et offrent de nouvelles opportunités pour la miniaturisation des objets électroniques du futur comme les ordinateurs quantiques.

Les matériaux semi-conducteurs comme source de lumière

La lumière est omniprésente dans notre vie quotidienne, qu’elle soit naturelle ou artificielle. Elle interagit avec la matière et peut lui transférer de l’énergie, ce qui entraîne la création d’états excités de celle-ci. Dans le cas des matériaux semi-conducteurs, les électrons de valence (qui se trouvent sur la dernière couche électronique d'un atome) doivent acquérir une énergie suffisante pour passer de l’état fondamental (bande de valence) à l’état excité (bande de conduction de plus grande énergie), ces deux états étant séparés par une bande d’énergie dite interdite (zone d’énergie, ou gap, dans laquelle les électrons ne peuvent séjourner). Le retour d’un électron excité vers l’état fondamental – pour combler un trou dans la bande de valence – peut se faire par l’émission d’un rayonnement lumineux dont la couleur correspond à la longueur d’onde équivalente à l’énergie du gap. Lorsque la taille du matériau semi-conducteur est réduite à quelques nanomètres (nm) – soit quelques milliardièmes de mètre –, les propriétés de celui-ci sont alors différentes de ce qu’elles sont à l’état macroscopique car les électrons sont confinés dans un très petit volume au sein de la particule, assimilée à une « boîte ».