Utiliser les ondes sonores pour imprimer en 3D
Si l’impression 3D repose aujourd’hui en grande partie sur les technologies de photo ou de thermo réaction de la matière, des chercheurs de l’université de Concordia, aux Etats-Unis mènent des travaux sur une nouvelle famille de procédés. Sa particularité ? L’utilisation d’ondes sonores afin de mettre en œuvre la matière. A l’aide d’ultrasons focalisés, ils sont parvenus générer des réactions sonochimiques dans des microcavités d’un polymère liquide. Ces ondes génèrent une augmentation localisée de la température et de la pression durant une attoseconde (un trillionième de seconde), ce qui permet de ne pas agir sur la zone autour du point ciblé. Le polymère (un PDMS en l’occurrence) se solidifie sous cette action, ouvrant ainsi la voie à un nouveau mode d’impression 3D capable de produire des formes inédites, selon les chercheurs.
Habibi M. et al., Direct Sound Printing, Nature Communications (2022), doi.org/10.1038/s41467-022-29395-1
Un procédé pour des cellules photovoltaïques en silicium plus performantes
Le silicium amorphe hydrogéné intervient dans de nombreux technologies photovoltaïques, comme les cellules solaires silicium à hétérojonction ou les dispositifs hybrides silicium / perovskite. Il est utilisé pour sa faible densité de défauts et son niveau de conduction ajustable. Depuis quelques années, les scientifiques cherchent à en améliorer les performances en le dopant avec du bore. Mais avec des résultats jusqu’à présents médiocres. Une équipe chinoise de chercheurs a mis en évidence qu’une exposition du silicium à un « bain » de lumière pendant la phase de production induit des sauts d’atomes d’hydrogène faiblement liés. Cela permet ensuite de réaliser plus efficacement un dopage au bore. Cette technique améliore la quantité de photons collectés par le silicium amorphe. Les chercheurs sont ainsi parvenus à un rendement de 25%.
Wenzhu Liu et al. Light-induced activation of boron doping in hydrogenated amorphous silicon for over 25% efficiency silicon solar cells, Nature Energy (2022), doi.org/10.1038/s41560-022-01018-5
La promesse de batteries Li-Ion durant un siècle
Dans une batterie Li-Ion, les deux matériaux les plus répandus à la cathode sont les oxydes métalliques de lithium (contenant un alliage de nickel, de manganèse et de cobalt) et les phospho-olivines, typiquement à base de fer. Les premiers excellent par leur densité énergétique, les seconds par leur stabilité. Mais leur comparaison est compromise par la conception différente des cellules. Pour la faciliter, des chercheurs de l’université Dalhousie ont fabriqué leurs propres cellules à oxydes métalliques, baignant dans des sels de lithium (LiFSI) et possédant la quantité de graphite juste nécessaire pour atteindre 3,8 V (au lieu d’un voltage supérieur ou égal à 4,2 V comme d’ordinaire). Résultat, la densité énergétique croît, grâce à un meilleur rendement coulombien entre autres, et la longévité excède celle des cellules basées sur des phospho-olivines. A une température de 25°C, une durée de vie de 100 ans est même théoriquement envisageable. La puissance est cependant insuffisante pour des applications dans l’automobile et les travaux doivent se poursuivre.
CP Aiken et al., Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a superior alternative to LiFePO4 for long-lived low voltage Li-Ion cells, J. Electrochem Soc.169 (2022), doi.org/10.1149/1945-7111/ac67b5
L’échange quantique de clé pourrait s’appliquer à la sismologie
Travaillant sur la cryptographie quantique et plus précisément sur le protocole TFQKD (twin field quantum key distribution), des chercheurs chinois ont établi expérimentalement un échange de clés sécurisé au travers d’un réseau à fibre optique long de 658 km. C’est un record. Mais il y a mieux : d’après leur étude, les fluctuations de phase du signal, enregistrées et compensées durant la transmission, sont un moyen de repérer et d’analyser les vibrations externes agissant sur le réseau. Dans leur expérience, ils ont ainsi réussi à reconstituer les perturbations artificielles causées par un dispositif vibrosismique et à localiser sa position au kilomètre près. Les télécommunications avec chiffrement quantique pourraient donc avoir une autre utilité : la détection des signes précurseurs des séismes et des glissements de terrain.
Jiu-Peng Chen et al., Quantum key distribution over 658 km fiber withi distributed vibration sensing, Phys. Rev. Letter 128 (2022), doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.180502
La modélisation des défauts de spin progresse pour le calcul quantique
Les défauts de spin dans les isolants et les semi-conducteurs sont des constituants élémentaires prometteurs pour les ordinateurs quantiques. Encore faut-il modéliser avec précision leur structure électronique. Une équipe conjointe de l’université de Chicago et du laboratoire national d’Argonne est parvenu à calculer les états au repos et excités de deux défauts de spin explorés en informatique quantique : la lacune de carbone dans le diamant, occupée par un atome d’azote (centre NV), et la double lacune VV dans l’un des polymorphes du carbure de silicium (4H SiC). Les chercheurs soulignent que, à leur connaissance, ces calculs relatifs aux excités sont présentés pour la première fois. En parallèle, ils proposent notamment une stratégie d’extrapolation pour atténuer les erreurs.
Benchen Huang et al., Simulating the electronical structure of spin defects on quantum computers, PRX Quantum 3 (2022), doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010339
