Image haute résolution de la structure cristalline d'un nanofil d'InAs photographié au microscope électronique. La plus petite distance entre les atomes d'indium et d'arsenic vue sur l'image (illustrée en vert et gris), est de 15 millionièmes de millimètre. Le nanofil est développé dans le sens de la flèche. Au cours de la croissance, la structure cristalline du nanofil passe d'hexagonale (WZ) à cubique (ZB). De l'orientation cristalline vue sur l'image, la structure hexagonale est caractérisée par la direction des atomes d'indium à arsenic change de couche en couche, tandis que la direction de la structure cubique est toujours la même.
De nouvelles connaissances sur pourquoi et comment les nanofils prennent la forme qu'ils prennent auront de profondes implications pour le développement des futurs composants électroniques. Le doctorant Peter Krogstrup du Nano-Science Center de l'Institut Niels Bohr, L'Université de Copenhague est à l'origine du nouveau modèle théorique sensationnel, qui est développé en collaboration avec des chercheurs du CINAM-CNRS à Marseille. Les résultats ont été publiés dans le magazine scientifique, Lettres d'examen physique .
L'un des composants les plus importants des futurs appareils électroniques sera probablement basé sur des nanocristaux, qui sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière que nos yeux peuvent détecter. Nanofils, qui sont des fils de nanocristaux extrêmement fins, devraient jouer un rôle prédominant dans ces technologies en raison de leurs propriétés électriques et optiques uniques. Des chercheurs du monde entier travaillent depuis des années pour améliorer les propriétés de ces nanofils.
Avec ses recherches, Le doctorant Peter Krogstrup à l'Institut Niels Bohr, L'Université de Copenhague a jeté les bases d'une meilleure compréhension des nanofils. Avec cela vient le potentiel d'amélioration de leurs performances, ce qui rapprochera la recherche de son application au développement de cellules solaires et d'ordinateurs. Dans la dernière édition de Physical Review Letters, il décrit comment, sous certaines conditions, les nanofils forment une structure cristalline qui ne devrait vraiment pas être possible, vu d'un point de vue énergétique.
"Les cristaux essaieront toujours de prendre la forme dans laquelle leur énergie interne est aussi faible que possible. C'est une loi fondamentale de la physique et selon elle, ces nanofils devraient avoir une structure cristalline cubique, mais on voit presque toujours qu'une grande partie de la structure est hexagonale", explique Peter Krogstrup, qui a travaillé avec la théorie ces dernières années.
La forme des particules du catalyseur est la clé
Afin d'expliquer pourquoi et quand ces cristaux deviennent hexagonaux, Peter Krogstrup a, dans le cadre de sa thèse de doctorat, examiné la forme de la particule de catalyseur (une petite nano-gouttelette), qui contrôle la croissance des nanofils. Il apparaît que la forme de la goutte dépend de la quantité d'atomes du groupe 3 dans le système périodique, qui constituent la moitié des atomes du cristal de nanofil. L'autre moitié, atomes du groupe 5 du système périodique, sont absorbés par la goutte et donc les atomes s'organisent en un réseau, et le cristal de nanofil se développera.
"Nous avons montré que c'est la forme de la gouttelette, qui détermine le type de structure cristalline que les nanofils obtiennent et avec cette connaissance, il sera plus facile d'améliorer les propriétés des nanofils", explique Peter Krogstrup et poursuit :
"La structure cristalline a une énorme influence sur les propriétés électriques et optiques des nanofils et vous voudriez généralement qu'ils aient une certaine structure, soit cubique soit hexagonale. Les meilleurs nanofils que nous pouvons fabriquer, les meilleurs composants électroniques que nous pouvons fabriquer pour nous tous", dit Peter Krogstrup, dont les recherches sont menées en collaboration avec le cabinet SunFlake A/S, qui est situé au Nano-Science Center de l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague. L'entreprise travaille au développement des cellules solaires du futur à base de nanofils.
