Un œil ultraviolet en silicium ordinaire
Une caméra qui voit l'ultraviolet coûte généralement le prix d'une belle voiture. Tout cela parce qu'elle nécessite un cristal spécial et une usine complexe.
Voir un matériau changer en quelques trillionièmes de seconde
L'oxyde de vanadium est un matériau qui peut être soit isolant (ne conduisant pas le courant), soit conducteur comme un métal. La bascule prend des trillionièmes de seconde, et l'on souhaite construire des dispositifs électroniques ultrarapides sur cette base.
Mais comment cela se produit-il exactement ? Cela est resté longtemps une énigme.
Des fibres qui absorbent le sang
Une goutte de sang tombe sur un pansement fait de fibres polymères ultrafines. D'ordinaire, elle reste en surface, comme une rosée sur du papier ciré. Le matériau repousse l'eau, le sang ne s'absorbe pas – et le pansement ne colle pas à la plaie.
Des chercheurs ont modifié la surface des fibres.
La lumière prise au piège dans un fil
Un fil ordinaire à haute fréquence ressemble à une route pleine de nids-de-poule : le signal saute, une partie de l'énergie se dissipe en chaleur. Une chaîne supraconductrice en aluminium et en arséniure d'indium (un semi-conducteur) s'est révélée être une piste lisse pour les micro-ondes.
La couche qui bloque la chaleur
À l'intérieur d'un transistor puissant, la chaleur s'échappe à travers les jonctions de différents cristaux, comme l'eau à travers des écluses étroites. Pour les nitrures d'aluminium et de gallium — les principaux matériaux de l'électronique de puissance — cette écluse est souvent une fine couche de leur alliage.
Imprimer de l'électronique avec une seule goutte
Une imprimante qui n'utilise pas d'encre mais du métal et de la céramique, c'est désormais une réalité. Des scientifiques ont pris une simple goutte d'eau contenant des sels métalliques dissous et l'ont amenée à déposer sur une surface tantôt du cuivre, tantôt de l'oxyde de zinc, tantôt de l'hydroxyde de nickel.
Un laser qui émet de l'invisible
La lumière ultraviolette d'une longueur d'onde d'environ 300 nanomètres est invisible à l'œil, mais elle peut détruire l'ADN des microbes, faire briller certaines substances et transporter des informations. Jusqu'à présent, les lasers dans cette gamme étaient encombrants, coûteux ou de courte durée de vie.
Comment extraire un photon unique d'une feuille d'atomes
Une feuille ultra-mince de semi-conducteur, c'est comme la pellicule d'une bulle de savon, mais faite d'atomes de tungstène et de sélénium. Si on la pique avec une aiguille en diamant bien pointue, de minuscules défauts apparaissent à cet endroit.
Comment mettre de l'ordre dans un fil supraconducteur
Un fil supraconducteur ultrafin, refroidi à presque zéro absolu, peut détecter une particule de lumière unique. Ces détecteurs sont indispensables en calcul quantique et en communication sécurisée, mais leur caractère est gâché par le désordre – des irrégularités et impuretés aléatoires qu'il…
Le fullerène accueille l'hydrogène : la lumière d'une nouvelle molécule
Une cage de soixante atomes de carbone, semblable à un ballon de football, laisse entrer de petites molécules. Les fullerènes, ces billes de carbone, sont empilés en cristal comme des oranges dans une caisse — il reste des vides entre eux.
Un pont minuscule ouvre le monde à l'intérieur d'un cristal
Les couches d'atomes torsadées dans un matériau forment un motif de minuscules zones — les domaines, chacun pouvant être électrisé dans l'une des deux directions, comme l'aiguille d'une boussole pointant vers le nord ou le sud.
La lumière au lieu des câbles : comment transmettre un signal depuis un congélateur
Un thermos rempli de xénon liquide, refroidi à moins cent degrés. À l'intérieur, des capteurs sensibles qui détectent de rares signaux de particules de matière noire. Pour faire sortir ces signaux, on utilise généralement des câbles en cuivre.
Des trions sans dopage : comment brillent les cristaux purs
Dans les semi-conducteurs, la lumière naît de paires de charges — un électron et un trou — qui s'attirent mutuellement, comme un aimant sur un réfrigérateur. Une telle paire s'appelle un exciton. Si l'on ajoute une charge supplémentaire à la paire, on obtient un trion — un « trio » de trois particules.
Un cristal en couches amplifie la lumière sept fois
Un morceau de semi-conducteur ordinaire ne change que faiblement la couleur de la lumière qui le traverse. Pendant des décennies, les physiciens ont contourné cette limitation en plaçant le cristal dans un environnement astucieux, mais le matériau lui-même restait le même.
Un détecteur qui attrape la lumière à quatre mains
Une bande supraconductrice plus fine qu'un cheveu humain repose sur un substrat de silicium. À côté, un minuscule guide d'ondes transporte un faisceau lumineux. Lorsqu'un photon frappe la bande, celle-ci s'échauffe d'une fraction de degré et change immédiatement de résistance.
Comment refroidir une puce : un film qui évacue la chaleur
Les puces à l'intérieur des smartphones et des ordinateurs deviennent de plus en plus denses : des milliards de transistors sont entassés sur un morceau de silicium de la taille d'un ongle. En fonctionnement, ils dégagent de la chaleur, comme de minuscules poêles. Si la chaleur n'est pas évacuée, la puce surchauffe, commence à dysfonctionner ou tombe en panne.
Un rayon qui épargne les cellules saines
Deux villes : l'une avec des rues droites et bien alignées, l'autre avec des ruelles tortueuses. Si on lâche un puissant jet d'eau sur les deux, dans la première l'eau s'écoulera rapidement par les canaux, tandis que dans la seconde elle inondera tout autour. C'est à peu près ce qui se passe dans les tissus lors de la radiothérapie ultrarapide, appelée FLASH.
Transducteur piézoélectrique en nitrure d'aluminium
Le courant électrique dans une prise, c'est comme l'eau dans un tuyau sous haute pression. Pour alimenter une puce délicate, il faut réduire cette pression, et d'ordinaire, on utilise de grosses bobines avec des noyaux en fer.
L'ordre des atomes change la couleur du cristal
Un cristal de germanium avec de l'étain ressemble à une mosaïque où chaque carreau est un atome. Si l'on dispose les carreaux au hasard, la couleur de la mosaïque est une ; si on les assemble en un motif, elle est une autre.
Un interrupteur atomique contrôle la lumière des molécules
Dans une molécule semblable à la chlorophylle et construite à partir de carbone, un atome métallique en son centre agit comme un interrupteur. En le déplaçant de quelques fractions de nanomètre, on peut faire briller la molécule, l'éteindre ou amplifier sa luminosité des centaines de fois.
Des cristaux issus d'un bain fondu : comment cultiver un semi-conducteur parfait
Un cristal pousse dans un bain chaud comme un sucre d'orge sur un bâtonnet dans un sirop de sucre. Sauf qu'ici, au lieu du sucre, on a de l'oxyde de germanium, et au lieu du bâtonnet, un minuscule germe. En modifiant la composition du bain, on peut faire pousser le cristal plus vite, changer la forme de ses faces, ou même le transformer en un agrégat de nombreux petits cristaux.
Une mémoire qui s'illumine
Une clé USB classique stocke des bits dans des pièges à électrons, mais on ne peut les lire qu'à travers un fil et un amplificateur séparés. Dans cette nouvelle avancée, un même morceau de tellure semi-métallique joue à la fois le rôle de stockage et de lampe.
Le bleu de l'europium : plus lumineux et plus stable
Le bleu est la couleur la plus capricieuse de tout écran. Pour l'obtenir, il faut dépenser beaucoup d'énergie, et la lumière obtenue est souvent terne. Les chimistes cherchent depuis longtemps des molécules capables d'émettre un bleu profond, intense et durable. Ils ont maintenant imaginé une nouvelle conception à base d'europium, un métal des terres rares qui sait produire une lumière bleue pure.
Un diamant qui a appris à conduire le courant
Le diamant est le matériau naturel le plus dur, et il ne conduit généralement pas l'électricité. Mais si l'on ajoute quelques atomes étrangers dans son réseau cristallin, il peut devenir un semi-conducteur, comme le silicium dans les puces informatiques.
Des briques quantiques au bord du cristal
Un tissu qui s'étire uniquement dans un sens, mais pas dans l'autre. C'est à peu près ainsi qu'est conçu un matériau semi-diracique : les électrons peuvent s'y déplacer librement dans une direction, mais dans l'autre, ils restent presque immobiles.
Une électrode transparente capte la lumière et amplifie le signal
La lumière laisse une trace, même lorsqu'elle est presque absente. Un photon isolé — un minuscule paquet d'énergie — tombe sur une plaquette de silicium et en arrache une poignée d'électrons. Le problème, c'est que cette poignée est trop petite pour être remarquée. Il faut un amplificateur.
Une clé lumineuse pour électrons gauchers et droitiers
Imaginez un manège avec deux types de sièges : les uns tournent dans le sens des aiguilles d'une montre, les autres dans le sens inverse. Si on pousse tous les sièges d'un coup, le manège tressaute mais reste sur place.
L'oxygène décide si l'irradiation ultra-rapide sauve ou non
Un flash photographique qui se déclenche en un millième de seconde ne chauffe pas le sujet – contrairement à un flash ordinaire qui dure une seconde entière.
L'ultrason cible la tumeur et la cuit
Un son de haute fréquence, focalisé en un point, agit comme une lentille invisible qui concentre la lumière du soleil. À l'intérieur de la tumeur, cette lentille crée en une seconde une température d'environ 72°C — comme l'eau chaude du robinet, mais à l'intérieur d'un tissu vivant.
50 atomes de rubidium sur une puce : un convoyeur de photons uniques
Un photon unique est comme une brique parfaitement régulière avec laquelle on peut construire des technologies quantiques. Mais pour construire une maison, il faut des milliers de briques identiques.
Lumière piégée dans un cristal : une voie économique vers des puces rapides
On peut faire tourner la lumière sur commande, comme l'eau dans un tuyau — si l'on sait où appuyer. C'est exactement ce que font les circuits électro-optiques : ils changent la direction du faisceau à l'intérieur de la puce à l'aide d'un champ électrique.
La menace invisible après une guerre nucléaire
Après une explosion nucléaire, de la suie s'élève dans le ciel. Elle se dépose haut au-dessus des nuages, dans la stratosphère, et y reste pendant des années. Cette suie agit comme un rideau épais : elle bloque une partie des rayons du soleil et modifie la chimie du ciel.
Des points de platine ravivent la mémoire d'un transistor
Un film plastique aussi épais qu'un cheveu, et à l'intérieur, des points de platine plus petits qu'un millionième de millimètre. Ces points se nichent à la frontière de deux couches du transistor et capturent la charge électrique comme une éponge absorbe l'eau. Lorsque la charge s'accumule, le transistor modifie sa résistance — et mémorise cet état.