Des chercheurs de McGill extraient de la lumière de points quantiques

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Une percée physique qui pourrait permettre un grand bond en avant dans les lasers, les télécommunications et l’informatique optique

Des chercheurs de l’Université McGill ont réussi à amplifier la lumière avec ce que l’on appelle les « points quantiques colloïdaux », une technologie à laquelle beaucoup avaient renoncé car, selon eux, elle ne menait nulle part.

Les activités de recherche soutenues qui se poursuivent depuis 15 ans sur les points quantiques n’avaient toujours pas donné les résultats escomptés d’amélioration de l’amplification, et de nombreux chercheurs commençaient à croire qu’une loi de la physique inconnue mais insurmontable bloquait la voie. Essentiellement, disaient-ils, les points quantiques ne pouvaient tout simplement pas fonctionner dans l’une de leurs principales applications.

Toutefois, après de nombreuses recherches, le professeur Patanjali (Pat) Kambhampati et ses collègues du département de chimie de l’Université McGill ont réussi à déterminer que les points quantiques colloïdaux amplifient vraiment la lumière, comme ils le promettaient. Les déceptions antérieures s’expliquent par des obstacles et non pas par une quelconque loi fondamentale de la physique, ont indiqué les chercheurs. Leurs résultats ont été publiés dans le numéro de mars 2009 de Physical Review Letters.

Les points quantiques colloïdaux peuvent en fait être appliqués à des surfaces comme la peinture, et cette percée peut avoir une très grande importance pour l’avenir de la technologie laser et, par extension, les télécommunications, l’informatique optique de prochaine génération et d’innombrables autres applications.

Les lasers – des faisceaux de lumière pure et concentrée – trouvent des applications dans des dizaines de domaines, notamment dans les télécommunications, où ils sont utilisés pour transmettre la voix et les données par câbles optiques. Tout comme le son, les ondes radioélectriques ou l’électricité, les signaux laser s’affaiblissent avec la distance et doivent être amplifiés. Jusqu’ici, la meilleure technologie d’amplification disponible était celle du puits quantique, une couche mince faite d’un matériau semi-conducteur qui confine les électrons dans un plan unidimensionnel, amplifiant ainsi la lumière. Les points quantiques colloïdaux jouent un rôle similaire, mais dans une structure tridimensionnelle de type boîte au lieu d’une couche.

« Tout le monde s’attendait à ce que cette petite boîte soit bien meilleure qu’une couche mince, explique M. Kambhampati. Elle exige moins d’électricité et élimine le recours à divers systèmes de refroidissement, qui coûtent cher. Il s’agissait en fait de rendre l’activité laser aussi abordable que possible. Mais nous n’arrivions pas à obtenir les résultats espérés. Alors, les chercheurs ont commencé à dire « oublions les points quantiques », et ils ont essayé les tiges et les formes en oignon. C’était devenu un jeu… faire tout un mélange de formes différentes en espérant que l’une d’entre elles finisse par donner des résultats. »

« Selon nous, poursuit-il, personne n’a découvert comment fonctionne le prototype d’un simple point quantique. Et si vous l’ignorez, comment pouvez-vous construire de façon rationnelle un dispositif qui en découle? »

Finalement, M. Kambhampati et ses collègues ont découvert que le principal problème résidait dans la façon dont les chercheurs alimentaient les amplificateurs à points quantiques.

« Nous avons découvert qu’il n’y avait pas de problème fondamental au niveau des points. Si vous n’êtes pas très rigoureux dans vos mesures, lorsque vous alimentez les points quantiques, vous créez accidentellement un effet parasite qui tue l’amplification, dit-il. Lorsque nous avons compris ce phénomène, nous avons été en mesure de prendre un point quantique qui n’aurait jamais dû amplifier quoi que ce soit, d’après les chercheurs, et le convertir, à ce que je sais, en l’amplificateur le plus efficace jamais mesuré. »


À PROPOS DE L’UNIVERSITÉ McGILL

 L’Université McGill a été fondée à Montréal (Québec) en 1821; c’est le chef de file des établissements d’enseignement postsecondaire au Canada. McGill compte deux campus, 11 facultés, 10 écoles professionnelles, 300 programmes d’études et plus de 33 000 étudiants. Elle attire des étudiants originaires de plus de 160 pays. La langue maternelle de la moitié des étudiants de McGill est autre que l’anglais, notamment pour 6 000 francophones; plus de 6 200 étudiants du monde entier composent près de 20 pour cent du corps étudiant.

 

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