Une particule alpha est un noyau d'hélium émis lors de la désintégration d'atomes lourds. Lorsqu'elle frappe un cristal de nitrure de gallium, elle lui cède son énergie et génère une impulsion électrique. La hauteur de l'impulsion permet de connaître l'énergie de la particule. Mais avant d'atteindre la zone sensible, la particule perd une partie de sa force dans ce qu'on appelle la couche morte – une fine région inactive à la surface. Plus cette couche est mince, plus la mesure est précise.

Les ingénieurs ont fait croître le cristal de nitrure de gallium couche par couche, comme un gâteau, et ont ajouté un anneau de garde – une électrode spéciale qui évacue les courants parasites sur les bords. Résultat : la couche morte ne fait que 20 nanomètres – des centaines de fois plus fine qu'un cheveu humain. Sous une tension inverse de 200 volts, le courant de fuite est infime : 2,195 nanoampères, à peu près le courant qui traverse un transistor éteint dans un téléphone. Et à 260 volts, le détecteur collecte 95,9 % de la charge et distingue les énergies avec une précision de 2,69 %.

Mais la découverte principale concerne la « traîne » sur le graphique des énergies. Parfois, le détecteur ne montre pas un pic net, mais une longue pente douce à gauche – comme si une partie des particules arrivait affaiblie. Pendant longtemps, on cherchait la cause dans les bruits ou les imperfections du cristal. Les auteurs de l'étude ont simulé le processus pour la première fois avec le programme Geant4 et ont vu : c'est l'irrégularité de la zone de déplétion qui est en cause. Cette zone est le volume utile du détecteur, où le champ électrique collecte la charge. Si son épaisseur varie légèrement d'un point à l'autre, une partie de l'énergie s'échappe dans les régions « silencieuses », et le signal est sous-estimé.

Le modèle construit sur ce principe correspond à l'expérience. Désormais, les développeurs savent où regarder : pour éliminer la traîne, il faut rendre la zone de déplétion aussi plate et homogène que possible. De tels détecteurs seront utiles dans les engins spatiaux, où les particules alpha bombardent l'électronique, et dans les laboratoires nucléaires, où il est crucial de connaître précisément l'énergie de chaque particule.