Un nouveau phototransistor en graphène et chlorophylle pour créer de la photosynthèse artificielle

Processeur

Enduisez une couche de graphène avec de la chlorophylle et vous obtiendrez un interrupteur activé par la lumière, remarquablement sensible, selon une récente expérience menée par des physiciens. La chlorophylle, ce pigment contenu dans toutes les plantes et espèces végétales et responsable de la photosynthèse, est selon les chercheurs un des matériaux qui absorbe la lumière le plus efficacement. Parmi ses autres avantages, c’est également une substance remarquablement stable et des plus abondantes.

Les scientifiques qui étudient les moyens de capturer et d’exploiter les photons ont toujours été émerveillés par le potentiel étonnant de la chlorophylle. En effet, ils aimeraient bien copier sa capacité extraordinaire à collecter la lumière. Mais en dépit de décennies de recherches et d’expérimentations, les systèmes de collecte de lumière artificiels ne font pas le poids face à leur principal concurrent, la chlorophylle.

Cependant, les chercheurs espèrent pouvoir se rattraper rapidement grâce à une nouvelle idée : au lieu de concevoir et de fabriquer des matériaux artificiels qui essaient de copier la chlorophylle, un groupe de scientifiques a décidé d’essayer d’utiliser le matériau d’origine naturelle lui-même et de le plier à sa volonté.

Récemment, le chercheur Shao-Yu Chen de l’Institut des sciences moléculaires et atomiques de Taiwan ainsi que quelques-uns de ses collègues ont révélé comment ils ont intégré de la chlorophylle dans un phototransistor au graphène pour créer un interrupteur activé par la lumière.

Le design du nouveau phototransistor est relativement simple : il se compose de deux électrodes en or reliées par une feuille de graphène. Le graphène est ensuite lentement recouvert d’une couche de chlorophylle par un processus de goutte à goutte. On laisse le liquide s’évaporer pour obtenir une surface uniforme. Résultat, la chlorophylle « accrochée » au graphène modifie complètement les caractéristiques électroniques du phototransistor. Lorsque les électrodes en or sont placées sous tension, seul un courant très faible passe entre elles. Toutefois, lorsqu’on soumet la chlorophylle elle-même à un rayonnement  lumineux spécifique, le courant augmente de façon spectaculaire. C’est parce que lorsque la chlorophylle est touchée par la lumière, elle libère des électrons dans le graphène, ce qui augmente le courant qui circule. Shao-Yu Chen et ses collègues ont déclaré que chaque photon que la chlorophylle absorbe augmente le courant d’environ un million d’électrons.

Cette expérience est une démonstration de faisabilité intéressante qui prouve que la chlorophylle peut être incorporée dans un phototransistor en graphène relativement facilement. Mais la science n’en est qu’à ses premiers tâtonnements dans ce domaine. Le nouveau dispositif est encore à l’état brut et devra être amélioré de manière significative avant qu’il puisse trouver une ou plusieurs applications hors du laboratoire. En effet, une des questions cruciales est de savoir s’il existe d’autres moyens plus pratiques de fabriquer des dispositifs à base de graphène sensibles à la lumière, par exemple avec des points quantiques ou d’autres molécules sensibles à la lumière.

Ce qui est certain, c’est que le potentiel énorme et les fantastiques capacités de collecte de lumière des systèmes naturels à base de chlorophylle n’ont pas fini d’aiguiser la curiosité des chercheurs.

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