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CX2SA > TECH 28.12.05 21:08l 79 Lines 4773 Bytes #999 (0) @ FRANCA
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Quand les secrets des papillons dopent les diodes de demain
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Les diodes ‚lectroluminescentes (ou LED pour Light-Emitting Diode) jouent un
r“le important dans les systŠmes optiques de communication. Ces diodes sont
fabriqu‚es … partir de mat‚riaux photo‚missifs, c'est-…-dire qui ‚mettent des
photons lorsqu'ils sont excit‚s ‚lectriquement ou optiquement. Ces photons
peuvent ˆtre ‚mis dans plusieurs directions et … plusieurs longueurs d'onde.
Mais les physiciens sont confront‚s au problŠme du pi‚geage, … l'int‚rieur mˆme
de la diode, de la majorit‚ de la lumiŠre ‚mise. Pour rendre les diodes
‚lectroluminescentes plus efficaces, les chercheurs utilisent donc des cristaux
photoniques … deux dimensions qui am‚liorent l'extraction de la lumiŠre. Un
cristal photonique est une structure di‚lectrique p‚riodique qui interdit la
propagation des photons pour certaines longueurs d'onde. De mˆme que l'on parle
pour les semi-conducteurs de bande interdite ‚lectronique, on parle pour les
cristaux photoniques de bande interdite photonique : une variation p‚riodique
de la constante di‚lectrique (par exemple du fait de l'inclusion dans le
mat‚riau de trous p‚riodiquement espac‚s) interdit la propagation de photons
d'une certaine ‚nergie. Plus pr‚cis‚ment, une bande interdite photonique … deux
dimensions empˆche la propagation de la lumiŠre pour une certaine gamme de
fr‚quences et dans toutes les directions du plan : de fait, elle guide la
lumiŠre ‚mise vers l'ext‚rieur de la diode, am‚liorant ainsi le rendement
d'extraction. Les cristaux photoniques peuvent ˆtre, comme ceux d‚velopp‚s au
Center for Materials Science and Engineering du MIT, des structures … deux
dimensions consistant en un r‚seau triangulaire de trous.
Afin d'am‚liorer le contr“le de la direction d'‚mission, les cristaux
photoniques peuvent ‚galement ˆtre plac‚s sur des sortes de miroirs, appel‚s
r‚flecteurs de Bragg. Ces miroirs renvoient alors vers l'ext‚rieur la lumiŠre
‚mise par le mat‚riau photo‚missif.
Deux chercheurs du d‚partement de physique de l'Universit‚ d'Exeter ont
d‚couvert que des papillons sont naturellement ‚quip‚s de ce dispositif
complexe que les scientifiques s'efforcent de mettre au point (cf Science, vol
310). Ils ont ‚tudi‚ des papillons du groupe Princeps nireus que l'on rencontre
en Afrique Centrale et en Afrique de l'Est. Les ailes de ces papillons sont
sombres mais pr‚sentent, sur leur c“t‚ dorsal, des taches ou des bandes bleues
ou bleu-vert brillantes. Ces ailes sont couvertes d'‚cailles et celles
correspondant aux zones color‚es constituent une nanostructure caract‚ris‚e
par:
- une couche de cristal photonique ‚paisse de 2 æm compos‚e de cylindres creux
et remplis d'air ins‚r‚s dans un milieu de cuticule solide ; un pigment trŠs
fluorescent est diffus‚ uniquement dans le cristal photonique. L'arrangement
des cylindres creux dans ce cristal est quasi p‚riodique : il est compos‚ de
domaines pr‚sentant une sym‚trie triangulaire sur une distance d‚passant
plusieurs constantes de r‚seau.
- un r‚flecteur de Bragg distribu‚, constitu‚ de trois couches, parallŠle … la
couche de cristal photonique et situ‚ 1,5 æm sous celle-ci. Ce miroir reflŠte
vers le haut la fluorescence ‚mise vers le bas mais aussi la lumiŠre solaire
qui a travers‚ le cristal photonique sans ˆtre absorb‚e.
En calculant la structure de bande interdite pour un cristal modŠle … sym‚trie
triangulaire, les chercheurs ont trouv‚ que, comme dans les diodes
‚lectroluminescentes, la couche de cristal photonique des papillons inhibe
l'‚mission dans le plan du cristal et, donc, augmente l'‚mission vers
l'ext‚rieur.
La nature ‚tant bien faite, l'excitation du mat‚riau fluorescent est optimis‚e
pour le rayonnement provenant du ciel bleu. Les pigments absorbent la lumiŠre
ultraviolette qui est ensuite r‚‚mise, par fluorescence, sous forme de lumiŠre
bleu-vert.
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