Dans un four à 1100 °C, où l'aluminium fond, repose un sandwich de couches semi-conductrices épaisses de quelques dizaines de nanomètres. On le sort, on approche un laser, et les couches s'illuminent d'un bleu éclatant, comme si de rien n'était. Ce n'est pas un tour de passe-passe, mais le résultat de travaux sur des puits quantiques : des couches minces de nitrure d'indium-gallium où les électrons sont enfermés comme des passagers dans un ascenseur, entre deux étages. On croyait autrefois qu'un tel chauffage détruisait ces couches : les atomes d'indium se dispersaient, la lumière s'éteignait. Les physiciens de Manchester ont enfilé à ces puits un gilet pare-balles de nitrure d'aluminium et ont vérifié s'il tiendrait.

Le gilet pare-balles s'est révélé non pas un simple bouclier, mais un bouclier intelligent. Le film d'AlN, épais de 56 nanomètres (20 fois plus fin qu'un cheveu humain), a empêché l'aluminium de s'infiltrer à l'intérieur et de se mélanger à l'indium. Après chaque recuit, de 500 à 1100 °C par pas de 100 °C et avec un maintien de 60 secondes, l'échantillon émettait à la même longueur d'onde de 455 nm. Mieux : la largeur de la raie d'émission s'est même légèrement resserrée, ce qui traduit une meilleure homogénéité de composition. L'intensité lumineuse a d'abord chuté, puis est remontée : les défauts qui éteignaient la luminescence ont été recuits et ont disparu.

Le plus surprenant s'est produit sous faible pompage, après le recuit à 1000 °C. L'efficacité d'émission des puits quantiques a été multipliée par 30 : elle est passée de 2,18 % à 66,02 %. La modélisation de la cinétique des porteurs a montré que des zones nanoscopiques riches en indium s'étaient formées à l'intérieur des puits. Elles agissent comme un bouclier thermodynamique : elles capturent les électrons et les trous, les empêchant de rencontrer les défauts et de disparaître sans émettre de lumière. Le temps de vie équivalent des porteurs n'a presque pas changé : 9,88 ns après 500 °C et 9,89 ns après 1000 °C sous excitation focalisée. Les puits n'ont donc pas simplement survécu : ils se sont mis à mieux fonctionner.

Le profil de composition, obtenu par spectrométrie de masse des ions secondaires, l'a confirmé : les cinq puits quantiques se sont maintenus avec une période de 11,68 nm et sans diffusion notable de l'aluminium vers l'intérieur. C'est la première démonstration qu'une fine couche d'AlN, combinée à un recuit rapide, permet de préserver des puits quantiques d'InGaN même à 1100 °C, là où l'on attendait auparavant une dégradation catastrophique. Les données obtenues sur la cinétique des porteurs fournissent une base quantitative pour concevoir des dispositifs électroluminescents résistants à la chaleur.

Le gilet pare-balles en nitrure d'aluminium a passé l'épreuve du feu. Les diodes électroluminescentes et les lasers à base de nitrure de gallium peuvent désormais être envoyés plus hardiment vers les étapes de fabrication à haute température, sans craindre de perdre leur couche active. Et les puits quantiques, qui ont survécu à la cheminée d'un volcan, continuent de briller en bleu, tels des passagers d'ascenseur qui non seulement sont arrivés au dernier étage, mais en sont sortis reposés.