Les scientifiques recherchent généralement des nano-structures sans défaut. Pourtant, dans ce cas, le chercheur de l'UPV/EHU Angel Rubio et ses collaborateurs ont exploité au maximum les défauts structurels des nanotubes de nitrure de bore. Le résultat de ses recherches est une nouvelle source d'émission de lumière qui peut facilement être incorporée dans la technologie microélectronique actuelle. La recherche a également abouti à un brevet.

Le nitrure de bore est un matériau prometteur dans le domaine des nanotechnologies, grâce à ses excellentes propriétés isolantes, résistance et structure bidimensionnelle similaire au graphène. Et précisément, les propriétés du nitrure de bore hexagonal, l'objet de cette recherche, sont de loin supérieurs à ceux des autres métaux et semi-conducteurs actuellement utilisés comme émetteurs de lumière, par exemple, dans les applications liées au stockage optique (DVD) ou aux communications. "Il est extrêmement efficace dans l'émission de lumière ultraviolette, l'un des meilleurs actuellement disponibles sur le marché, " a fait remarquer le chercheur de l'UPV/EHU Angel Rubio.

Cependant, l'émission lumineuse des nanotubes de nitrure de bore s'effectue dans une gamme très limitée du spectre ultraviolet, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être utilisés dans des applications dans lesquelles l'émission doit être produite dans une gamme de fréquences plus large et de manière contrôlée (par exemple dans des applications utilisant la lumière visible).

Les recherches menées par le Groupe NanoBio Spectroscopie de l'UPV/EHU ont trouvé une solution pour surmonter cette limitation, et ouvrir la porte à l'utilisation de nanotubes de nitrure de bore hexagonaux dans des applications commerciales.

Ils ont montré qu'en appliquant un champ électrique perpendiculaire au nanotube, il est possible de faire en sorte que ce dernier émette de la lumière sur tout le spectre de l'infrarouge à l'ultraviolet lointain et de le contrôler de manière simple. Cette facilité de contrôle ne se retrouve que dans les nanotubes du fait de leur géométrie cylindrique (ce sont des structures tubulaires de longueurs de l'ordre du micromètre, et diamètres de l'ordre du nanomètre).

Rubio travaille avec les nanotubes de nitrure de bore depuis près de 20 ans. "Nous les avons proposés théoriquement, puis ils ont été trouvés expérimentalement. Jusque là, toutes nos prédictions théoriques ont été confirmées, et c'est très gratifiant, " expliqua-t-il. Une fois connues les propriétés du nitrure de bore hexagonal en couches et son efficacité extrêmement élevée en émission lumineuse, cette recherche a cherché à montrer que ces propriétés ne sont pas perdues dans les nanotubes. "Nous savions que lorsqu'une feuille était enroulée et qu'un tube se formait, un fort couplage s'est produit avec le champ électrique et cela nous permettrait de modifier l'émission lumineuse. Nous voulions montrer, " et ils ont en fait montré, "que l'efficacité d'émission lumineuse n'était pas perdue en raison du fait que le nanotube s'était formé, et qu'il est également contrôlable."

Absence de bore

Le dispositif fonctionne sur la base de l'utilisation de défauts naturels (ou induits) dans des nanotubes de nitrure de bore. En particulier, les défauts permettant une émission contrôlée sont les lacunes qui apparaissent dans la paroi du nanotube du fait de l'absence d'atome de bore, qui est le défaut le plus courant dans sa fabrication. "Tous les nanotubes sont très similaires, mais le fait que vous ayez ces défauts rend le système opérationnel et efficace, et qui plus est, plus vous avez de défauts, mieux il fonctionne."

Rubio a souligné "la simplicité" du dispositif proposé. "C'est un appareil qui fonctionne avec des défauts, il n'a pas besoin d'être pur, et c'est très facile à construire et à contrôler. » Les nanotubes peuvent être synthétisés en utilisant des méthodes standard dans la communauté scientifique pour produire des nanotubes inorganiques; les structures synthétisées en conséquence ont des défauts naturels, et il est possible d'en incorporer plus si vous le souhaitez au moyen de simples, processus d'irradiation post-synthèse. "Il a une configuration transistor traditionnelle, et ce que nous proposons fonctionnerait avec les appareils électroniques actuels, " a-t-il souligné. La partie " moins attrayante ", comme spécifié par Rubio, est que les nanotubes de nitrure de bore ne sont encore produits qu'en très petites quantités, et il n'existe pas encore de procédé de synthèse économiquement viable à l'échelle commerciale.

Au-delà du graphène

Rubio ne doute pas du potentiel des nouveaux matériaux basés sur des systèmes bidimensionnels, et précisément, de composés qui offrent une alternative au graphène, Comme, par exemple, nitrure de bore hexagonal. Sans préjudice du graphène, Rubio estime que le domaine alternatif pourrait avoir un plus grand potentiel à long terme et doit être exploré :« C'est un domaine qui est actif depuis plus de quinze ans, même si c'est moins visible. Nous travaillons le nitrure de bore hexagonal depuis 1994, c'est comme notre enfant, et je pense qu'elle a ouvert un champ de recherche attractif, auxquels de plus en plus de groupes se joignent."