Des diodes électroluminescentes (LED) aussi fines qu’un cheveu humain pourraient bientôt remplacer les lasers dans des applications telles que le transfert de données à courte distance dans les centres de données ou le pilotage d’écrans de nouvelle génération. Une étude récente, menée par le doctorant Roark Chao de l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), ouvre la voie à cette révolution technologique. Publiée dans la revue Optics Express, la recherche met en lumière un nouveau design de microLED qui améliore à la fois l’efficacité énergétique et la directionnalité du faisceau lumineux. « Nous parlons de dispositifs dont la taille est celle d’un follicule pileux », explique Roark Chao, doctorant en génie électrique. « Si l’on parvient à contrôler précisément la manière dont la lumière est émise, ces microLED peuvent remplacer les lasers dans les communications optiques à courte distance. » Ce travail s’appuie sur l’expertise historique de UCSB en matière de matériaux à base de nitrure de gallium et d’optoélectronique. Chao est co-dirigé par Steven P. DenBaars et Jon A. Schuller, co-auteurs de l’étude, qui inclut également Shuji Nakamura, lauréat du prix Nobel pour ses travaux fondateurs sur les LED bleues, à l’origine de la révolution des éclairages et des écrans. Les expériences ont été menées dans les laboratoires des équipes DenBaars/Nakamura et Schuller, spécialisées dans la croissance de matériaux à base de nitrure de gallium et la photonique à l’échelle nanométrique. Les chercheurs ont conçu une nouvelle architecture de microLED en enclos latéralement la zone d’émission avec des réflecteurs de Bragg distribués. Ce dispositif permet une émission lumineuse jusqu’à 20 % plus efficace côté air, plus de 130 % plus forte côté substrat, et une divergence du faisceau réduite de près de 30 % par rapport aux dispositifs de référence. En outre, ces microLED redessinées montrent une amélioration significative de l’efficacité. L’efficacité électrique est augmentée d’environ 35 %, tandis que l’efficacité « wall-plug » — c’est-à-dire le rapport entre l’énergie électrique fournie et la lumière produite — progresse de 46 %. Cette hausse d’efficacité est cruciale dans des environnements comme les centres de données, où la chaleur, la fiabilité et la consommation énergétique sont des enjeux majeurs. « Les lasers ont tendance à présenter des problèmes thermiques même à des températures relativement basses », souligne Chao. « Les microLED, elles, peuvent fonctionner à des températures plus élevées sans besoin de systèmes de refroidissement complexes. Cela réduit les coûts, diminue les pannes et augmente la flexibilité des infrastructures. » Face à l’expansion exponentielle du calcul en nuage et de l’intelligence artificielle, la nécessité d’envoyer de grandes quantités d’informations rapidement et efficacement devient primordiale. Les améliorations apportées aux sources lumineuses, même modestes, peuvent avoir un impact économique considérable. « Ce qui est passionnant avec les microLED, c’est qu’elles offrent plusieurs avantages en un seul dispositif », affirme Chao. « Elles améliorent les communications de données, permettent des écrans plus lumineux et plus fins, et peuvent aussi être utilisées dans les technologies d’augmentation ou de réalité virtuelle. » Arrivé à UCSB en 2020 en tant qu’étudiant en licence en génie électrique, Chao a pu poursuivre ses recherches doctorales grâce à l’infrastructure intégrée de l’université, allant de la croissance des cristaux à la nanofabrication et au test des dispositifs. « Tu peux simuler un design, croître le cristal, fabriquer le dispositif et le tester tout sur le même campus », souligne-t-il. « Cette rapidité entre idée et expérience est ce qui rend cet endroit si puissant. »