Une équipe internationale de scientifiques de l'Université polytechnique Pierre le Grand de Saint-Pétersbourg (SPbPU), L'Université Leibniz de Hanovre (Leibniz Universität Hannover) et l'Institut Ioffe rapportent un moyen d'améliorer les matériaux nanocomposites, ouvrir de nouvelles opportunités dans l'industrie. L'étude, intitulé "Le mécanisme de génération de porteurs de charge au TiO 2 —hétérojonction n-Si activée par des nanoparticules d'or, " est publié dans Science et technologie des semi-conducteurs .

L'étude est dédiée à un semi-conducteur composite à base de dioxyde de titane. Ses applications sont largement étudiées par les chercheurs du monde entier. Mais les processus qui se déroulent dans ce matériau sont très complexes. Par conséquent, d'utiliser plus efficacement le semi-conducteur, il est nécessaire de s'assurer que l'énergie enfermée entre ses couches peut être libérée et transmise.

Dans le cadre des expérimentations, les chercheurs proposent un modèle qualitatif pour expliquer les processus complexes. Ils ont utilisé un matériau composite constitué d'une plaquette de silicium (plaque de silicium standard utilisée dans les appareils électroniques), nanoparticules d'or et une fine couche de dioxyde de titane. Au cours de l'expérience pour transférer l'énergie à l'intérieur du matériau, les chercheurs avaient l'intention d'isoler les nanoparticules du silicium. Si les nanoparticules ne sont pas isolées de la plaquette de silicium, alors l'énergie ne peut pas être transmise au silicium ni au dioxyde de titane, entraînant une perte d'énergie.

"Le matériau obtenu était une plaquette de silicium avec des structures en forme de piliers développées à sa surface. Il a été utilisé comme substrat pour l'échantillon. Des nanoparticules d'or étaient situées au-dessus de ces piliers et toute la structure était recouverte d'oxyde de titane. Ainsi, les nanoparticules n'ont contacté que du dioxyde de titane, et simultanément ont été isolés du silicium. Le nombre de frontières entre les couches a diminué, et nous avons essayé de décrire les processus dans le matériau. En outre, nous avons supposé que cette structure augmenterait l'efficacité d'utilisation de l'énergie de la lumière éclairant la surface de notre matériau, " dit le Dr Maxim Mishin, professeur de physique, Chimie, et le Département des équipements de technologie des microsystèmes de SPbPU.

A Saint-Pétersbourg, un groupe scientifique international a établi un modèle d'une nouvelle structure, puis la partie principale de la structure a été créée à Hanovre :une plaquette de silicium avec des piliers et des nanoparticules d'or situées au-dessus.

L'expérience a été réalisée comme suit. D'abord, la plaquette était oxydée, c'est à dire., il était recouvert d'une couche du substrat, et des nanoparticules d'or ont été placées dessus. "Après ça, nous avons été confrontés à la tâche suivante :créer des piliers et effectuer la gravure du substrat pour qu'il reste sous les particules et non et entre elles. Considérant que nous avons affaire à l'échelle nanométrique - le diamètre des nanoparticules d'or est d'environ 10 nanomètres, et la hauteur du pilier est de 80 nanomètres - ce n'est pas une tâche triviale. Le développement de la nanoélectronique moderne permet d'utiliser les méthodes de gravure dites « sèches » telles que la gravure ionique réactive, " ajoute le Dr Marc Christopher Wurz de l'Institute of Micro Production Technology de l'Université Leibniz de Hanovre.

Selon les scientifiques, le processus n'a pas été rapide. Aux premières étapes de l'expérimentation, lors de l'utilisation de la gravure ionique, toutes les nanoparticules d'or ont été simplement démolies de la plaquette oxydée. En une semaine, les chercheurs sélectionnaient les paramètres de gravure du système plasma, de sorte que les nanoparticules d'or restent à la surface. L'ensemble de l'expérience a été mené en 10 jours.

Ce projet scientifique est en cours. Les chercheurs rapportent que ce matériau nanocomposite peut être utilisé dans des dispositifs optiques fonctionnant dans le spectre de la lumière visible. En outre, il peut être utilisé comme catalyseur pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, ou pour purifier l'eau en stimulant la décomposition de molécules complexes. En outre, ce matériau peut être utile comme élément d'un capteur qui détecte les fuites de gaz ou une concentration accrue de substances nocives dans l'air.