Sulfure d'antimoine, ou stibine (Sb 2 S 3 ), a fait l'objet d'études intensives ces dernières années en tant que matériau prometteur pour cellules solaires respectueuses de l'environnement. Il est désormais possible de fabriquer des films minces photovoltaïques à partir d'une encre contenant des nanoparticules de stibine, et de nanopatterner ces films pour des structures 2D et 3D de pratiquement toutes les formes. Si simple, des méthodes de production rentables remplissent les conditions préalables à une fiabilité, usage généralisé.

Puisque la stibine est un semi-conducteur efficace (c'est-à-dire, il a un coefficient d'absorption et une mobilité des porteurs élevés), sa nanostructure est prometteuse en tant que matériau photocommutable pour le traitement et l'informatique du signal tout optique. Petra Groß, chercheur à l'Institut de physique de l'Université d'Oldenburg explique, "Éclairage avec lumière proche infrarouge, avec des longueurs d'onde pour lesquelles la stibine est largement transparente, peut entraîner un changement ultrarapide de son indice de réfraction. Cela signifie qu'une surface à motifs de nanoparticules de stibine pourrait permettre aux propriétés optiques telles que la réflexion de l'apparence de la couleur d'être modifiées par une impulsion lumineuse infrarouge. »

Si des nanostructures de stibine doivent être utilisées dans des nanodispositifs commutables, une qualité optique élevée est essentielle. Une étude récente publiée dans Photonique avancée ont étudié les propriétés optiques des nanostructures de stibine. L'étude a démontré que les nanodots de stibine peuvent agir comme des guides d'ondes de haute qualité optique. Cette trouvaille, ainsi que les capacités de structuration 2D et 3D faciles et les propriétés optiques intéressantes, indique un fort potentiel pour les nanostructures de stibine en tant que matériaux commutables pour des applications futures.

Nanopoints de stibine

L'auteur principal de l'étude, Jinxin Zhan, est actuellement doctorant au Laboratoire de photonique en champ proche du professeur Christoph Lienau à l'Université d'Oldenburg. Zhan explique que les images au microscope électronique de la stibine indiquent une surface plutôt inégale. Collaborer avec des chercheurs de l'Université de Constance, Zhan et son équipe visaient à estimer les propriétés optiques de la nanostructure de la stibine en étudiant des nanopoints de stibine (diamètre de 400 nm) au sommet d'une surface de stibine.

Zhan dit, "Une telle inspection optique est difficile. La taille des nanostructures est généralement inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible, de telle sorte que les mesures spectroscopiques ne sont généralement effectuées que sur des ensembles de plusieurs nanostructures."

Concentration de nanoparticules

Pour réaliser l'inspection optique difficile, Zhan et son équipe ont développé un nouveau type de spectroscopie en champ proche qui permet l'étude optique de nanoparticules uniques. Il est basé sur la microscopie optique à balayage en champ proche (SOM) de type diffusion, où une sonde en or avec une pointe acérée d'un rayon de courbure d'environ 10 nm est rapprochée de la surface de la nanostructure et balayée à travers elle. La lumière diffusée loin de la structure par la pointe est collectée par un détecteur.

Zhan note, "D'habitude, il y a une grande quantité de lumière de fond présente, que nous supprimons en modulant la distance pointe-échantillon et en mélangeant la lumière diffusée avec un laser de référence à large bande. Un monochromateur équipé d'une caméra linéaire rapide nous permet de mesurer des spectres complets à chaque position pendant le balayage raster. » La bande passante spectrale est de 200 nm, et la résolution spatiale est d'environ 20 nm, afin que l'équipe puisse étudier les propriétés optiques, ou des profils d'intensité résolus spectralement, dans des nanopoints individuels.

Les cartes résultantes des nanoparticules de stibine ont révélé qu'elles agissent comme un indice de réfraction élevé, guides d'ondes diélectriques, malgré leur surface irrégulière apparente dans les études structurelles. Zhan explique plus loin, "Avec notre nouvelle méthode, nous voyons des profils de mode à travers les nanopoints qui sont très similaires aux profils de mode des ondes guidées dans les fibres de verre optique. Un calcul montre qu'un guide d'onde cylindrique de stibine avec un diamètre de 400 nm devrait supporter quatre modes. Une superposition calculée de ces quatre modes d'ordre le plus bas correspond très bien à notre observation expérimentale. Ces modes sont pris en charge sur toute la bande passante de 200 nm de notre mesure de spectroscopie en champ proche."

Lienau a noté que cette nouvelle technique offre une toute nouvelle façon de « voir » des quantités infimes de nanomatériaux et ouvre la porte à l'étude de la dynamique de leurs excitations optiques sur des échelles de temps ultrarapides. Il dit, "La technique spectroscopique développée par Jinxin Zhan et Petra Groß est exceptionnellement prometteuse. Déjà maintenant, l'équipe a démontré une spectroscopie de diffusion de la lumière locale avec une résolution sous-longueur d'onde profonde et une sensibilité élevée. Nous sommes convaincus que nous serons en mesure d'améliorer encore plus rapidement la résolution spatiale jusqu'à la plage de quelques nanomètres."