Le comité Nobel a confirmé, mercredi 4 octobre, avoir attribué le prix Nobel de chimie à Moungi Bawendi (Massachusetts Institute of Technology, MIT, Etats-Unis), Louis Brus (Columbia University, Etats-Unis) et Alexeï Ekimov (Nanocrystals Technology Inc) pour le développement des boîtes quantiques, quantum dots en anglais. Les noms des lauréats avaient fuité dans la presse suédoise dans la matinée, à la suite d’une « bourde » du comité qui avait par erreur adressé un communiqué à certains médias suédois.
Les boîtes quantiques, découvertes au début des années 1980, ont depuis essaimé dans de nombreux secteurs industriels. Dans les écrans de télévision, elles permettent de passer de la lumière bleue des diodes à toute la gamme et améliorent en général la richesse colorimétrique. Elles servent aussi en optoélectronique – les caméras thermiques – comme détecteur de lumière infrarouge notamment, pour un coût plus faible que les techniques de la microélectronique.
En biologie, accrochées à des protéines ou à des marqueurs, elles aident à les repérer en petites quantités et très spécifiquement. « Ces quantum dots nous ont donné une ouverture fantastique pour la compréhension des phénomènes au sein des membranes, dans les cellules nerveuses par exemple, et les concepts qui sont sortis de ces observations ont été très féconds », souligne Antoine Triller (Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure).
Certains rêvent aussi de se servir des boîtes quantiques comme futur processeur pour des ordinateurs quantiques. « Nous attendions depuis longtemps cette récompense. Elle met en avant les fondateurs d’un domaine toujours très actif », note Thomas Pons, physicien de l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm) à l’ESPCI-Paris-PSL, qui étudie l’activité neuronale grâce à ces nanocristaux.
Après le prix Nobel de physique, le Nobel de chimie récompense encore en quelque sorte les électrons. Cette fois, les lauréats n’ont pas tenté de les photographier à l’attoseconde près malgré leur vitesse éclair autour des noyaux, mais ils les ont domestiqués et confinés dans des matériaux, afin de les utiliser pour faire jaillir à la demande diverses couleurs.
Composant de très petite taille
Leur point commun est d’avoir mis au point un composant de très petite taille, de quelques nanomètres, soit un milliardième de mètre. Dix mille fois moins que le diamètre d’un cheveu…
Ce composant, fait à l’origine de sulfate ou de séléniure de cadmium – mais qui peut aussi contenir du gallium, de l’indium, du phosphore, de l’arsenic… –, est comme un mini-cristal dans lequel les électrons sont piégés. Ce confinement leur donne leur caractère quantique. Alors que, dans le même matériau massif, ils pourraient se déplacer librement avec n’importe quelle énergie, là leur énergie est « quantifiée ». Elle ne peut pas prendre n’importe quelle valeur. Comme si, pour remonter un rocher sur une pente, on ne pouvait le pousser, mais seulement lui faire franchir des paliers plus ou moins hauts d’un seul coup. Les électrons ne sont plus libres, mais peuvent sauter d’un barreau d’échelle à un autre.
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