7
Fiat materiam, et facta est lux!
Est-ce important qu’il y ait de la lumière
dans l’Univers? En d’autres mots, de
quoi aurait l’air l’Univers sans la lumière?
Quelle idiotie! Bien sûr, il ferait noir...
comme... dans la gueule d’un loup!
On pourrait aussi « voir » ça dans l’autre
sens et se demander de quoi aurait l’air
l’Univers s’il n’y avait que de la lumière.
Comme cela, il n’y aurait pas de loup.
On n’aurait plus peur d’aller en forêt.
En forêt? D’oh!... Il n’y aurait pas de forêt
non plus! Vous me suivez? Moi j’ai de la
difficulté!
Mais qu’est-ce que la lumière au juste?
En termes savants c’est très simple.
Il s’agit d’un ensemble d’excitations
bosoniques élémentaires, plus ou
moins cohérent, bien évidemment issu
d’un champ scalaire sans interaction
couvrant la partie UV-Vis-IR du spectre
électromagnétique et dont la quantité de
mouvement est déterminée par le vecteur
d’onde et l’énergie par la pulsation. Je
sais ce que vous vous dites : ouf! Pas de
physique pour moi!
Et pourtant! En termes imagés, il
est possible de concevoir la lumière
simplement comme une onde... comme
une simple vague sur l’eau... mais qui a la
particularité d’échanger son énergie par
petits paquets. Ces paquets d’énergie sont
nommés « photons » et ils n’interagissent
pas entre eux. Une minute! me direz vous.
Échanger de l’énergie? Mais si les photons
n’interagissent pas entre eux, avec quoi
d’autre l’échangent-ils? Ici encore la
réponse est simple : les électrons et autres
particules chargées!
Mais que sont donc les électrons?
En termes savants, il s’agit d’excitations
fermioniques élémentaires, évidemment
d’un champ quantique et dont la relation
de dispersion est déterminée par leur
environnement et la masse au repos
procurée par des bosons de Higgs.
Ah oui, j’oubliais! Les électrons sont
des particules qui interagissent entre
elles ainsi qu’avec les photons!!! Ah! les
électrons. Cette fois vous savez de quoi
il s’agit : un constituant fondamental de
la matière. Vous les avez peut être même
déjà touchés... si, comme moi quand
j’étais petit, vous avez subi un choc
électrique!
Depuis ce temps là, j’ai les cheveux frisés!
Si vous voulez garder vos cheveux raides,
ne touchez pas à l’électricité!
Ici, on ne se demande pas de quoi aurait
l’air notre monde sans l’électricité. Pas
d’ordinateur... pire, pas de téléphone
intelligent... encore pire, pas de lumière
à volonté! Produire de la lumière avec
des électrons fut une des premières
applications à grande échelle liées
à ces particules, découvertes suite à
des travaux de recherche de nature
fondamentale. Immédiatement après la
Deuxième Guerre mondiale, d’autres
travaux fondamentaux ont conduit,
cette fois, à la découverte des « trous ».
Les trous : quésaco? Ici aussi, c’est très
simple. Il s’agit de... Bof! Une autre
fois. Il suffit de savoir que les trous
se trouvent dans les matériaux semi-
conducteurs et qu’ils peuvent, eux aussi,
interagir avec les électrons. En fait,
lorsqu’un trou rencontre un électron ils
se combinent : on dit qu’ils s’annihilent.
Ils ne participent plus à la conduction
électrique. Toutefois et WOW!... car c’est
très important : cette combinaison peut
générer de la lumière!!! C’est ce qu’on
appelle « l’électroluminescence » : la
conversion de l’électricité en lumière...
mais pas à la manière de Thomas Edison
avec l’ampoule électrique.
Mais ce n’est pas tout! Oh! que non.
L’électroluminescence est réversible.
Lorsque la lumière est absorbée par
certains matériaux semi-conducteurs,
les photons peuvent créer des électrons
ainsi que des trous, ce qui peut produire
de l’électricité! C’est ce qu’on appelle « le
photovoltaïsme »... ce qui fait fonctionner
les panneaux solaires!
Les sources électroluminescentes de
photons sont très importantes, tout
autant que les lasers le sont. Certains
lasers sont même fondés sur le principe
de l’électroluminescence et d’autres
l’utilisent pour leur démarrage. De nos
jours et un peu comme on le fait avec les
électrons, on cherche de plus en plus à
utiliser les photons. On les fait circuler
dans des circuits intégrés tout optiques et
électro-optiques.
C’est pourquoi de la même manière
que les électrons ont donné naissance
à l’électronique, les photons ont donné
naissance à la photonique! Il existe déjà de
nombreux circuits intégrés photoniques.
La communauté scientifique pense même
pouvoir réaliser un jour des ordinateurs
tout optiques!
Au sein du Groupe de recherche sur
les couches minces et la photonique,
rattaché au Département de physique
et d’astronomie de l’Université de
Moncton, on étudie beaucoup les photons,
les électrons et aussi les trous. Mais
l’électroluminescence est seulement un
des nombreux thèmes de recherche du
Groupe au sujet de la lumière et de son
interaction avec la matière. Au passage,
l’astrophysique aussi est concernée par
cette interaction, mais ce n’est pas tout.
On s’y intéresse également aux matériaux
organiques... disposés en couches
minces. Les couches minces permettent
d’exploiter des propriétés particulières des
matériaux : en fait de tous les matériaux.
Bref, notre Groupe de recherche s’intéresse
spécifiquement à l’électroluminescence des
matériaux semi-conducteurs organiques.
L’usage de certains de ces matériaux
organiques est technologiquement
d’avant-garde. En effet, ces matériaux
sont de premiers choix car ils sont souvent
compatibles avec les semi-conducteurs
inorganiques actuels et ils ouvrent un vaste
éventail de possibilités... que les semi-
conducteurs inorganiques actuels atteignent
difficilement. Les nouveaux matériaux
organiques, dits « avancés », représentent
l’électronique du futur, certains disent
même « l’électronique plastique », car de
nouveaux genres de transistors commencent
à émerger. De plus en plus, la limite des
possibilités semble encore une fois être...
l’imagination des humains.
En conclusion, les photons, les électrons
et les trous sont de grands amis. Ils sont
même inséparables et j’imagine qu’ils
ont beaucoup de plaisir à jouer et danser
ensemble. La lumière fait bouger les
électrons, qui à leur tour, seuls ou avec des
trous, génèrent de nouveaux photons!
La danse n’est donc pas près de s’arrêter!
En tout cas, moi j’ai beaucoup de
plaisir à jouer avec eux car tout
cela est passionnant... croyez-moi!
Venez en discuter avec nous.
