Les boîtes quantiques (ou quantum dots) sont des nanostructures semi-conductrices capables de confiner des électrons (ou leurs lacunes) dans l'espace, ce qui leur confère des propriétés proches de celles d'un atome artificiel et leur ouvre de nombreuses applications (photonique, écran de visualisation, imagerie biomédicale, photovoltaïque, etc.). Ainsi par exemple, elles améliorent le rendu des couleurs des écrans de télévision car elles émettent une fluorescence intense sur tout le spectre visible.
Le phosphure d'indium (InP) est le semi-conducteur utilisé pour ces applications, de préférence au séléniure de cadmium (CdSe) ou au sulfure de plomb (PbS) qui contiennent des éléments toxiques – dont l'utilisation très restreinte est encadrée par la directive européenne RoHS (Restriction of Hazardous Substances).
Plus grandes et plus performantes
Des chercheurs de l'Irig qui, depuis une quinzaine d'années, réalisent la synthèse de nouveaux types de boîtes quantiques, sans métaux lourds toxiques, ont voulu étendre la gamme spectrale des boîtes quantiques d'InP vers l'infrarouge. En effet, l'utilisation de l'infrarouge permettrait, pour l'imagerie in vivo, de diminuer l'absorption et la diffusion par le milieu biologique et donc d'effectuer une analyse plus en profondeur des tissus, et pour le photovoltaïque, elle améliorerait le rendement de conversion des cellules.
Alors que jusqu'à présent, leur taille ne dépassait pas 6 nanomètres, les scientifiques sont parvenus à synthétiser des boîtes quantiques d'InP dont la taille dépasse 10 nm. Comme les propriétés quantiques de ces nanostructures peuvent être modulées en fonction de leur taille, la longueur d'onde d'émission peut être portée d'environ 630 nm (rouge) à 730 nm (infrarouge).
Le procédé consiste à utiliser un nouveau précurseur à base d'indium, qui sert à la fois de source d'indium et de réducteur pour le précurseur de phosphore (de type aminophosphine). Autre avantage, la largeur de raie de luminescence dans le proche infrarouge est plus étroite.
Ces résultats ont été obtenus dans le cadre d'un projet ANR impliquant l'INSA Toulouse et l'entreprise ALEDIA à Grenoble.