Des chercheurs ont démontré un nouvel outil d'imagerie permettant de cribler rapidement des structures appelées nanotubes de carbone monoparoi, hâtant peut-être leur utilisation pour créer une nouvelle classe d'ordinateurs et d'appareils électroniques qui sont plus rapides et consomment moins d'énergie que ceux d'aujourd'hui.

Les nanostructures semi-conductrices pourraient être utilisées pour révolutionner l'électronique en remplaçant les composants et circuits conventionnels en silicium. Cependant, un obstacle à leur application est que des versions métalliques se forment inévitablement au cours du processus de fabrication, contaminer les nanotubes semi-conducteurs.

Maintenant, les chercheurs ont découvert qu'une technologie d'imagerie avancée pourrait résoudre ce problème, dit Ji-Xin Cheng, professeur agrégé de génie biomédical et de chimie à l'Université Purdue.

"Le système d'imagerie utilise un laser pulsé pour déposer de l'énergie dans les nanotubes, pompage des nanotubes d'un état fondamental à un état excité, " dit-il. " Alors, un autre laser appelé sonde détecte les nanotubes excités et révèle le contraste entre les tubes métalliques et semi-conducteurs."

La technique, appelé absorption transitoire, mesure la « métallicité » des tubes. La méthode de détection pourrait être combinée avec un autre laser pour zapper les nanotubes métalliques indésirables au fur et à mesure qu'ils sortent de la ligne de fabrication, ne laissant que les tubes semi-conducteurs.

Les résultats sont détaillés dans un article de recherche publié en ligne cette semaine dans la revue Lettres d'examen physique .

Les nanotubes à paroi unique sont formés en enroulant une couche de graphite d'un atome d'épaisseur appelée graphène, qui pourrait éventuellement rivaliser avec le silicium comme base pour les puces informatiques. Les chercheurs du groupe de Cheng, travailler avec des nanomatériaux pour des études biomédicales, ont été perplexes lorsqu'ils ont remarqué que les nanoparticules métalliques et les nanofils semi-conducteurs transmettaient et absorbaient la lumière différemment après avoir été exposés au laser pulsé.

Puis le chercheur Chen Yang, un professeur assistant Purdue de chimie physique, ont suggéré que la méthode pourrait être utilisée pour cribler les nanotubes pour la nanoélectronique.

"Quand tu fais des nanocircuits, vous ne voulez que les semi-conducteurs, il est donc très important d'avoir une méthode pour identifier les nanotubes métalliques, " a dit Yang.

L'article a été rédigé par Yookyung Jung, étudiant au doctorat en physique de Purdue; chercheur en génie biomédical Mikhail N. Slipchenko; Chang Hua Liu, un étudiant diplômé en génie électrique à l'Université du Michigan; Alexandre E. Ribbe, directeur du groupe de nanotechnologie au département de chimie de Purdue; Zhaohui Zhong, professeur adjoint de génie électrique et d'informatique au Michigan; et Yang et Cheng. Les chercheurs du Michigan ont produit les nanotubes.

Les semi-conducteurs tels que le silicium conduisent l'électricité dans certaines conditions mais pas dans d'autres, ce qui les rend idéales pour contrôler le courant électrique dans des dispositifs tels que les transistors et les diodes.

Les nanotubes ont un diamètre d'environ 1 nanomètre, ou à peu près la longueur de 10 atomes d'hydrogène enchaînés, ce qui les rend beaucoup trop petits pour être vus avec un microscope optique conventionnel.

"Ils peuvent être vus avec un microscope à force atomique, mais cela ne vous indique que la morphologie et les caractéristiques de surface, pas l'état métallique du nanotube, " dit Cheng.

La technique d'imagerie par absorption transitoire représente la seule méthode rapide pour faire la différence entre les deux types de nanotubes. La technique est "sans étiquette, " c'est-à-dire qu'il n'exige pas que les nanotubes soient marqués avec des colorants, le rendant potentiellement pratique pour la fabrication, il a dit.

Les chercheurs ont réalisé la technique avec des nanotubes placés sur une surface de verre. Les travaux futurs se concentreront sur la réalisation de l'imagerie lorsque les nanotubes sont sur une surface de silicium afin de déterminer dans quelle mesure cela fonctionnerait dans les applications industrielles.

"Nous avons commencé ce travail sur un substrat de silicium, et les résultats préliminaires sont très bons, " dit Cheng.

Des recherches futures pourraient également étudier comment les électrons se déplacent à l'intérieur de nanotubes individuels.