Les ampoules à incandescence, les LED et les LFC pourraient bientôt devoir bouger car une nouvelle technologie d’éclairage est en ville – les lasers blancs. En utilisant la nanotechnologie pour créer un matériau semi-conducteur sur mesure, une équipe de scientifiques de l’Arizona State University (ASU) a développé un laser capable de produire une lumière blanche plus brillante et plus efficace que les LED.

Les lasers sont une technologie ironique. Inventé en 1960, le laser a été salué comme une solution à la recherche d’un problème avec seulement deux domaines d’application évidents – les rayons de la mort et l’éclairage. Aujourd’hui, les lasers alimentent tout, des lecteurs de DVD à l’internet, tandis que les rayons mortels commencent tout juste à être utilisés et que l’éclairage, également nouveau sur la scène, est largement limité aux phares. Ces derniers, dans le cas des phares laser d’Audi, n’utilisent pas de lasers blancs à proprement parler, combinant plutôt des lasers bleus à lentille avec des LED.

A première vue, les lasers semblent être une excellente idée pour l’éclairage. Ils sont intensément lumineux, efficaces, et peuvent former un faisceau qui peut parcourir des millions de kilomètres et ne s’étaler que sur quelques mètres. Il y a cependant un problème : les lasers ne peuvent pas générer de lumière blanche.

En 2011, le Sandia National Laboratory a produit de la lumière blanche en combinant quatre grands lasers en un seul faisceau, mais ce n’était qu’une démonstration de preuve de concept et non un système pratique.

ASU/Nature Nanotechnology

La percée est venue des Ira A. Fulton Schools of Engineering de l’ASU, où les scientifiques ont imaginé un laser à semi-conducteurs qui peut fonctionner sur l’ensemble du spectre des couleurs visibles. Normalement, les semi-conducteurs ne produisent qu’une seule longueur d’onde de lumière, mais l’équipe de l’ASU a développé une feuille de semi-conducteur à l’échelle nanométrique basée sur un alliage quaternaire de ZnCdSSe, qui est formé de trois segments. Ceux-ci génèrent des lasers rouge, vert et bleu qui se combinent pour créer une lumière blanche pure.

L’équipe y est parvenue en ajustant le motif du réseau du matériau, de sorte que la « constante du réseau » ou la distance entre les atomes dans le motif est réglée pour produire la zone souhaitée. Selon Zhicheng Liu, membre de l’équipe, le plus difficile était de s’assurer que les cristaux semi-conducteurs étaient d’une qualité suffisante et que les réseaux étaient uniformes sur une zone donnée. Obtenir que le matériau brille en bleu était le défi le plus difficile à relever, mais il a été surmonté en utilisant la nanotechnologie pour créer d’abord le réseau souhaité, puis en l’orientant vers la bonne composition d’alliage. Le résultat était un seul matériau avec trois treillis et compositions différents.

L’équipe de l’ASU voit plusieurs applications pour le laser blanc une fois qu’il sera pratique. La plus évidente concerne l’éclairage. Le nouveau laser peut non seulement générer de la lumière blanche, mais il est également complètement accordable sur l’ensemble du spectre – ce qui lui permet de rayonner n’importe quelle couleur souhaitée – et il est plus lumineux et plus efficace que les LED. Il peut également être utilisé pour les téléviseurs et les écrans d’ordinateur. Selon les chercheurs, le laser offre une gamme de couleurs 70 % plus étendue, plus précise et plus vive. En outre, il pourrait être utilisé pour une version lumineuse du Wi-Fi (ou Li-Fi). Un tel système serait dix fois plus rapide que le Wi-Fi et dix à cent fois plus rapide que les systèmes expérimentaux à LED.

Le laser blanc est actuellement sous forme de preuve de concept et plusieurs obstacles doivent être surmontés avant que la technologie ne soit pratique. Selon l’équipe, le plus grand d’entre eux est de le faire fonctionner avec une batterie. Dans sa forme actuelle, le matériau fonctionne avec un laser séparé, qui pompe les électrons dans le semi-conducteur.

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Nature Nanotechnology.