ARCHIVÉ - Une lumière brille

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Le 04 septembre 2004 — Ottawa (Ontario)

Les scientifiques du CNRC étudient la photoluminescence des nanotubes de carbone brut

Les chercheurs de l'Institut des sciences des microstructures du CNRC et des laboratoires de recherche fondamentale du NTT nippon ont fait front commun pour effectuer une découverte majeure sur les nanotubes de carbone, matériau clé dans le secteur en pleine expansion de la nanotechnologie.

Les nanotubes sont sans doute le nouveau matériau de l'heure dans le domaine naissant de la nanotechnologie. Un nanotube est un cylindre de carbone étiré à l'extrême et réduit à sa plus simple expression. Les nanotubes monofeuillet sont faits d'une seule couche d'atomes de carbone enroulés en un fin cylindre, sans solution de continuité. Les nanotubes sont notamment prisés pour leur incroyable robustesse et pour leur conductivité. Partout dans le monde on développe une multitude de structures, de dispositifs et de technologies. Et une partie de ces travaux importants se déroule ici même, au CNRC.

Les nanotubes

L'an dernier, des chercheurs de l'Institut des sciences des microstructures du Conseil (ISM-CNRC) ont remarqué que les nanotubes de carbone bruts, non conditionnés, absorbaient et émettaient de la lumière. Les physiciens appellent ce phénomène photoluminescence et les chimistes, fluorescence. Pareille découverte laisse entrevoir la naissance d'une nouvelle génération de dispositifs optoélectroniques comme ceux largement employés pour les télécommunications, les produits de consommation environnementaux et les capteurs médicaux, etc.

Le coordonnateur du projet Paul Finnie se souvient : « J'étais présent au NT'02 [un colloque sur les nanotubes] quand le professeur Weisman [de l'Université Rice] a dévoilé de magnifiques résultats illustrant la fluorescence des nanotubes dans une suspension de savon spéciale. À notre avis, on pouvait se débarrasser du savon qui, de toute manière, nuirait au type d'appareils que nous envisagions. M. Homma, du NTT, avait obtenu une suspension de nanotubes sur un substrat colonnaire. De son côté, Jacques Lefebvre, de l'ISM-CNRC, utilisait une forme de spectroscopie analogue sur des matériaux à base de phosphure d'indium. Nous avons combiné les deux techniques et, à notre grande surprise, cela a marché. Il nous a fallu quelques semaines pour nous convaincre, Jacques et moi, que nous avions effectivement obtenu ce que nous souhaitions. »

NanotubesConnus depuis plus de dix ans, les nanotubes monofeuillet devaient théoriquement être photoluminescents. Jusqu'à tout récemment cependant, les chercheurs n'avaient pu le prouver, essentiellement parce que les nanotubes réagissent avec le milieu ambiant et perdent leur photoluminescence. Pour contourner la difficulté, les chercheurs ont placé les nanotubes en suspension dans l'air, sur de microscopiques tours de silicium. Le gros des échantillons ont été préparés aux laboratoires de recherche fondamentale du NTT, au Japon, qui collaborent au projet, mais certains ont été fabriqués à l'ISM-CRNC grâce à sa propre méthode de dépôt. Ces travaux ont bénéficié de fonds important de l'Organisation pour le développement de nouvelles industries et sources d'énergie (ODNISE) du Japon.

« Les nanotubes promettent énormément côté applications, estime le Dr Finnie, car ils permettent d'accéder à peu de frais à maintes longueurs d'onde, avec un grand confinement quantique. Nous n'en sommes toujours qu'aux débuts, mais les possibilités sont si vastes que naîtront sûrement des applications révolutionnaires à mesure que ce domaine gagne en maturité. Les nanotubes possèdent vraiment beaucoup de potentiel pour la production d'infrarouges ou la détection des rayonnements infrarouges, visibles ou ultraviolets. Dans le secteur des télécommunications, par exemple. »

L'équipe a déjà tiré parti de certains de ces avantages. En utilisant un nanotube isolé en spectroscopie, par exemple, les chercheurs ont étudié comment il polarise la lumière. Les nanotubes ne se trouvant pas dans une solution, on peut aussi les porter à une très basse température – méthode classique pour caractériser les semi-conducteurs et d'autres matériaux. Les scientifiques de l'ISM-CNRC ont commencé à se pencher sur la dépendance entre la luminescence des nanotubes et la température, et découvert de nouvelles propriétés spectrales étonnantes tout en confirmant la remarquable stabilité de leur luminescence avec la température.

Les résultats de cette première percée et des expériences qui la suivront non seulement constituent un moment palpitant pour la science, mais promettent beaucoup sur le plan de la technologie, entre autres en optoélectronique. En effet, les travaux indiquent que les nanotubes émettent la lumière d'une manière efficace, ce qui porte à croire qu'ils s'avéreront fort utiles en optoélectronique. À cause de leur interaction avec la lumière, les nanotubes pourraient finir par se faire une place dans les réseaux de télécommunication de la planète ou servir à surveiller les polluants dans l'atmosphère. Enfin, il concourront sans aucun doute à la concrétisation des applications optoélectroniques qu'on vient à peine d'inventer.

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