en un signal électrique avec une efficacité étonnante de 200 %
un chiffre apparemment impossible qui a été atteint grâce à l’étrangeté de la physique quantique.
Telle est la sensibilité de l’appareil connu sous le nom de photodiode,
l’équipe responsable de son innovation affirme qu’il pourrait potentiellement être
utilisé dans une technologie qui surveille les signes vitaux d’une personne
(y compris le rythme cardiaque ou la fréquence respiratoire) sans que rien n’ait besoin d’être
inséré ou même attaché au corps.
L’efficacité de la photodiode est
généralement mesurée par le nombre de particules lumineuses disponibles qu’elle
peut convertir en signaux électriques. Ici, les scientifiques parlent de quelque chose de étroitement lié,
mais un peu plus spécifique : le rendement des photoélectrons,
ou le nombre d’électrons générés par les photons frappant le capteur.
Le rendement photoélectronique d’une photodiode est
déterminé par son efficacité quantique –
la capacité essentielle d’un matériau à produire des particules porteuses de charge à un niveau fondamental,
plutôt que la quantité d’énergie électrique produite.
“Cela semble incroyable, mais nous ne parlons pas ici d’efficacité énergétique normale”,
déclare l’ingénieur chimiste Rene Janssen, de l’Université de technologie d’Eindhoven aux Pays-Bas.
Ce qui compte dans le monde des photodiodes, c’est l’efficacité quantique.
Au lieu de la quantité totale d’énergie solaire, il compte le nombre de photons que la diode convertit en électrons.”
Comme point de départ, l’équipe a travaillé sur un dispositif combinant deux types de cellules de panneaux solaires, pérovskite et organique.
En empilant les cellules de manière à ce que la lumière manquée par une couche soit
captée par une autre, les chercheurs ont atteint une efficacité quantique de 70 %.
Pour pousser ce chiffre plus haut,
un feu vert supplémentaire a été introduit.
Le capteur a également été
optimisé pour améliorer sa capacité à filtrer différents types de lumière et à ne répondre à aucune lumière.
Cela a poussé l’efficacité quantique de la photodiode au-delà de 200%, bien qu’à ce stade,
on ne sache pas exactement pourquoi cette augmentation se produit.
La clé pourrait être la façon dont les photodiodes produisent un courant.
Les photons excitent les électrons dans le matériau de la photodiode, les faisant migrer et créer une accumulation de charge.
Les chercheurs émettent l’hypothèse que la lumière verte pourrait libérer des électrons sur une couche,qui ne sont
convertis en courant que lorsque les photons frappent une autre couche.
Nous pensons que la lumière verte supplémentaire conduit à une accumulation d’électrons dans la couche de pérovskite”,
explique l’ingénieur chimiste Riccardo Ollearo, de l’Université de technologie d’Eindhoven.
“Cela agit comme un réservoir de charges qui est
libéré lorsque les photons infrarouges sont absorbés.
dans la couche organique.”
“En d’autres termes, chaque photon infrarouge qui passe à travers et est converti en électron,
obtient la compagnie d’un électron bonus, conduisant à une efficacité de 200% ou plus.”
Une photodiode plus efficace est également une photodiode plus sensible –
une photodiode qui est mieux à même d’observer de très petits changements de lumière à de plus grandes distances.
Cela nous ramène à la mesure des battements de cœur et des niveaux de respiration.
À l’aide de leur photodiode ultra-mince, cent fois plus fine qu’une feuille de papier journal,
les chercheurs ont mesuré de petits changements dans la lumière infrarouge réfléchie par un doigt à une distance de 130 centimètres (51,2 pouces).
Il a été démontré que cela correspondait à la pression artérielle et à la fréquence cardiaque,
tout comme le fait un capteur de montre intelligente,
mais fonctionnant de l’autre côté d’une table.
Avec une configuration similaire, l’équipe a mesuré les fréquences respiratoires à partir de légers mouvements de la poitrine.
Il y a ici un potentiel pour toutes sortes de surveillance et à des fins médicales,
si la technologie peut être développée avec succès dès le stade du laboratoire.
“Nous voulons voir si nous pouvons encore améliorer l’appareil, par exemple en le rendant plus rapide”,
déclare Janssen. “Nous voulons également explorer si nous pouvons tester cliniquement l’appareil.”
