Nos smartphones, comprimés, les ordinateurs et les biocapteurs se sont tous améliorés en raison de l'efficacité croissante des semi-conducteurs.

Depuis le tournant du 21e siècle, biologique, ou à base de carbone, les semi-conducteurs sont devenus un domaine d'intérêt majeur pour les scientifiques car ils sont peu coûteux, copieux et léger, et ils peuvent conduire le courant de manière comparable aux semi-conducteurs inorganiques, qui sont fabriqués à partir d'oxydes métalliques ou de silicium.

Maintenant, Les scientifiques des matériaux du California NanoSystems Institute de l'UCLA ont découvert un moyen de rendre les semi-conducteurs organiques plus puissants et plus efficaces.

Leur percée a été de créer une structure améliorée pour un type de semi-conducteur organique, un élément constitutif d'un polymère conducteur appelé tétraaniline. Les scientifiques ont montré pour la première fois que les cristaux de tétraaniline pouvaient être cultivés verticalement.

L'avancée pourrait éventuellement conduire à une technologie considérablement améliorée pour capturer l'énergie solaire. En réalité, il pourrait littéralement remodeler les cellules solaires. Les scientifiques pourraient potentiellement créer des « antennes lumineuses » – minces, dispositifs en forme de poteaux qui pourraient absorber la lumière de toutes les directions, ce qui serait une amélioration par rapport à l'ensemble d'aujourd'hui, des panneaux plats qui ne peuvent absorber la lumière que d'une seule surface.

L'étude, dirigé par Richard Kaner, professeur distingué de chimie et de biochimie et de science et ingénierie des matériaux, a été récemment publié en ligne par la revue ACS Nano .

L'équipe de l'UCLA a fait croître les cristaux de tétraaniline verticalement à partir d'un substrat, les cristaux se sont donc dressés comme des pointes au lieu de rester à plat comme ils le font lorsqu'ils sont produits à l'aide des techniques actuelles. Ils ont produit les cristaux en solution à l'aide d'un substrat en graphène, un nanomatériau constitué de graphite extrêmement fin, mesurant l'épaisseur d'un seul atome. Les scientifiques avaient auparavant fait pousser des cristaux verticalement dans des matériaux semi-conducteurs inorganiques, y compris le silicium, mais le faire avec des matériaux organiques a été plus difficile.

La tétraaniline est un matériau souhaitable pour les semi-conducteurs en raison de ses propriétés électriques et chimiques particulières, qui sont déterminés par l'orientation des très petits cristaux qu'il contient. Les dispositifs tels que les cellules solaires et les photocapteurs fonctionnent mieux si les cristaux se développent verticalement car les cristaux verticaux peuvent être emballés plus densément dans le semi-conducteur, le rendant plus puissant et plus efficace pour contrôler le courant électrique.

"Ces cristaux sont analogues à l'organisation d'une table recouverte de crayons épars dans un pot à crayons, " dit Yue "Jessica" Wang, un ancien doctorant de l'UCLA qui est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford et a été le premier auteur de l'étude. "L'orientation verticale peut économiser beaucoup d'espace, et cela peut signifier plus petit, électronique personnelle plus efficace dans un avenir proche."

Une fois que Kaner et ses collègues ont découvert qu'ils pouvaient guider la solution de tétraaniline pour faire croître des cristaux verticaux, ils ont développé une méthode en une étape pour une croissance très ordonnée, cristaux alignés verticalement pour une variété de semi-conducteurs organiques utilisant le même substrat de graphène.

"La clé était de déchiffrer les interactions entre les semi-conducteurs organiques et le graphène dans divers environnements de solvants, " a déclaré Wang. " Une fois que nous avons compris ce mécanisme complexe, la croissance de cristaux organiques verticaux est devenue simple."

Kaner a déclaré que les chercheurs ont également découvert un autre avantage du substrat de graphène.

"Cette technique nous permet de modeler des cristaux où nous voulons, " a-t-il dit. " Vous pouvez fabriquer des appareils électroniques à partir de ces cristaux semi-conducteurs et les faire croître avec précision dans les motifs complexes requis pour l'appareil que vous voulez, tels que les transistors à couche mince ou les diodes électroluminescentes."