Une avancée scientifique majeure : des LED à infrarouge proche à partir de matériaux isolants
Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont développé une méthode innovante pour alimenter des matériaux qui, jusqu’à présent, ne pouvaient pas conduire l’électricité. Cette avancée ouvre la voie à une nouvelle génération de LED à infrarouge proche, prometteuses pour l’imagerie médicale, les technologies de communication et les capteurs avancés.
Cette découverte repose sur de minuscules « antennes moléculaires » qui canalisent l’énergie électrique vers des nanoparticules isolantes. En utilisant cette méthode, l’équipe du Cavendish Laboratory a créé les premières LED jamais construites à partir de ces matériaux auparavant considérés comme « impossibles à alimenter ». Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature.
Les travaux se concentrent sur des nanoparticules dopées aux lanthanides (LnNPs), reconnues pour leur capacité à produire une lumière extrêmement stable et pure. Elles émettent particulièrement dans la seconde région infrarouge, capable de pénétrer profondément dans les tissus biologiques, rendant ces matériaux attrayants pour des technologies d’imagerie et de détection.
Cependant, malgré leurs avantages optiques, ces nanoparticules présentent un inconvénient majeur : leur nature isolante les empêche de conduire facilement l’électricité. Les chercheurs de Cambridge ont trouvé une solution à ce problème, en attachant des molécules organiques sélectionnées aux nanoparticules, permettant ainsi de transférer l’énergie électrique vers le matériau isolant.
Le professeur Akshay Rao, à la tête de cette recherche, a expliqué : « Ces nanoparticules sont d’excellents émetteurs de lumière, mais nous ne pouvions pas les alimenter électriquement. C’était une barrière majeure à leur utilisation dans la technologie quotidienne. Nous avons trouvé une porte dérobée pour les alimenter. Les molécules organiques agissent comme des antennes, captant les porteurs de charge et les « chuchotant » à la nanoparticule via un processus de transfert d’énergie triplet, qui est étonnamment efficace. »
Pour que cette technologie fonctionne, les scientifiques ont créé un matériau hybride combinant des molécules organiques et des nanoparticules inorganiques, en attachant un colorant organique, l’acide 9-anthracénécarboxylique (9-ACA), à la surface des LnNPs. Dans les LED nouvellement conçues, les charges électriques sont dirigées vers les molécules 9-ACA, qui agissent comme des antennes moléculaires absorbant l’énergie entrante.
Les dispositifs résultants, appelés « LnLEDs », fonctionnent à une tension relativement basse d’environ 5 volts et produisent une électroluminescence avec une largeur spectrale extrêmement étroite, offrant une sortie lumineuse plus pure que celle des technologies concurrentes, comme les points quantiques.
Cette technologie pourrait permettre une large gamme d’applications futures. Les LED émettant une lumière infrarouge proche pure pourraient donner naissance à de nouveaux dispositifs médicaux capables d’explorer en profondeur le corps humain. Des LnLEDs injectables ou portables pourraient aider les médecins à détecter des cancers, à surveiller des organes en temps réel, ou à activer des médicaments sensibles à la lumière avec une précision exceptionnelle.
Les résultats préliminaires montrent que l’équipe de recherche a déjà atteint une efficacité quantique externe supérieure à 0,6 % pour leurs LED NIR-II, un résultat impressionnant pour un dispositif de première génération, avec des perspectives d’amélioration significatives.
Cette recherche a reçu le soutien d’une subvention de recherche de pointe de UK Research and Innovation (UKRI) ainsi que de bourses individuelles postdoctorales dans le cadre du programme Marie Skłodowska-Curie.
Source : Nature
