Tout en affinant leur nouvelle méthode de fabrication de fils nanométriques, Des chimistes de l'Institut national des normes et de la technologie ont découvert un bonus inattendu :une nouvelle façon de créer des nanofils qui produisent une lumière similaire à celle des diodes électroluminescentes (DEL). Ces "nano-LED" pourraient un jour mettre leurs capacités d'émission de lumière au service de dispositifs miniatures tels que les nanogénérateurs ou les systèmes de laboratoire sur puce.

Les nanofils sont généralement « cultivés » par le dépôt contrôlé de molécules - oxyde de zinc, par exemple - d'un gaz sur un matériau de base, un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La plupart des techniques CVD forment des nanofils qui s'élèvent verticalement de la surface comme des poils de brosse. Étant donné que le fil n'entre en contact avec le substrat qu'à une extrémité, il a tendance à ne pas partager de caractéristiques avec le matériau du substrat - un trait moins que préféré car la composition exacte du nanofil sera alors difficile à définir. La croissance verticale produit également une forêt dense de nanofils, rendant difficile la recherche et le repositionnement de fils individuels de qualité supérieure.

Pour remédier à ces lacunes, Les chimistes du NIST Babak Nikoobakht et Andrew Herzing ont développé une méthode « dirigée vers la surface » pour faire croître des nanofils horizontalement à travers le substrat (voir www.physorg.com/news112625999.html ).

Comme de nombreuses méthodes CVD à croissance verticale, la technique de fabrication du NIST utilise l'or comme catalyseur pour la formation de cristaux. La différence est que l'or déposé dans la méthode NIST est chauffé à 900 degrés Celsius (1, 652 degrés Fahrenheit), le convertir en une nanoparticule qui sert de site de croissance et de milieu pour la cristallisation des molécules d'oxyde de zinc. Au fur et à mesure que le nanocristal d'oxyde de zinc se développe, il pousse la nanoparticule d'or le long de la surface du substrat (dans cette expérience, nitrure de gallium) pour former un nanofil qui se développe horizontalement à travers le substrat et présente ainsi des propriétés fortement influencées par son matériau de base.

Dans des travaux récents publiés dans ACS Nano , Nikoobakht et Herzing ont augmenté l'épaisseur de la nanoparticule de catalyseur d'or de moins de 8 nanomètres à environ 20 nanomètres. Le changement a abouti à des nanofils qui ont développé une structure secondaire, une "nageoire dorsale" semblable à un requin (appelée "nanowall") où la partie oxyde de zinc est riche en électrons et la partie nitrure de gallium est pauvre en électrons. L'interface entre ces deux matériaux, connue sous le nom d'hétérojonction p-n, permet aux électrons de la traverser lorsque la combinaison nanofil-nanowall a été chargée en électricité. À son tour, le mouvement des électrons a produit de la lumière et a conduit les chercheurs à la surnommer une « nano LED ».

Contrairement aux techniques précédentes de production d'hétérojonctions, la méthode de fabrication NIST « dirigée vers la surface » permet de localiser facilement les hétérojonctions individuelles sur la surface. Cette caractéristique est particulièrement utile lorsqu'un grand nombre d'hétérojonctions doivent être regroupées dans un réseau afin qu'elles puissent être chargées électriquement en tant qu'unité électroluminescente.

L'examen au microscope électronique à transmission (MET) des nanofils et des nanoparois d'oxyde de zinc-nitrure de gallium a révélé peu de défauts structurels dans les nanofils et des hétérojonctions p-n très distinctes dans les nanoparois, deux affirmations de l'efficacité de la méthode de fabrication "surface dirigée" du NIST.

Nikoobakht et Herzing espèrent améliorer les nano LED dans de futures expériences en utilisant de meilleures conceptions de géométrie et de matériaux, puis les appliquer au développement de sources lumineuses et de détecteurs utiles dans les dispositifs photoniques ou les plates-formes de laboratoire sur puce.