(a) Image SEM inclinée à 30º d'un motif vertical de réseau de nanofils de silicium. Les rayons des nanofils varient de 35 nm à 75 nm et la longueur du nanofil est d'environ 1 µm. Lettres S (à gauche), E, UNE, et S (à droite) comportent chacun des nanofils de rayons 70 nm, 60 nm, 50 nm et 40 nm, respectivement. (b) Image du motif au microscope optique à fond clair. Le changement de couleur progressif est obtenu par le changement progressif des rayons des nanofils. (c) Image agrandie de la zone sélectionnée indiquée par le carré blanc du panneau b. Chaque point bleu est un seul nanofil. (d) Image SEM inclinée à 30º du modèle de filtre Bayer. Le motif se compose de nanofils de silicium verticaux avec des rayons de 45 nm, 50 nm, et 65 nm représentant le rouge, bleu, et couleurs vertes, respectivement. Encart :image SEM agrandie. La barre d'échelle est de 1 µm. (e) Image du motif au microscope optique à fond clair. Chaque nanofil présente une couleur qui peut être contrôlée par un choix approprié de son rayon. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Ken Crozier et Kwanyong Seo, École d'ingénierie et de sciences appliquées de Harvard
(PhysOrg.com) -- Les ingénieurs pourraient bientôt chanter, "Je vais laver ce gris de mes nanofils, " grâce à une découverte colorée d'une équipe de chercheurs de l'Université Harvard et de Zena Technologies. Contrairement à la teinte grise sombre des plaquettes de silicium, Kenneth B. Crozier et ses collègues ont démontré qu'un individu, les nanofils de silicium verticaux peuvent briller dans toutes les couleurs du spectre.
L'affichage dynamique, en fonction du diamètre des fils individuels, est même visible à l'œil nu. En plus d'ajouter une touche de couleur au laboratoire, la découverte a un potentiel d'utilisation dans des dispositifs de capteur d'image à l'échelle nanométrique, offrant une efficacité accrue et la capacité de détecter la couleur sans utiliser de filtres.
"C'est surprenant, " dit Crozier, John L. Loeb Professeur agrégé de sciences naturelles à la Harvard School of Engineering and Applied Science (SEAS). "Beaucoup de gens fabriquent des nanofils, et vous ne pensez vraiment pas tellement à la couleur. Dans cette configuration verticale, vous pouvez obtenir des effets de couleurs très forts, et vous pouvez les régler sur une gamme de longueurs d'onde de la région visible. Les effets puissants sont visibles jusqu'au niveau du fil individuel."
La découverte, publié le 17 mars 2011, édition en ligne de Nano Letters, peut être le premier rapport expérimental que les nanofils de silicium peuvent prendre une variété de couleurs en fonction de leur diamètre et sous un éclairage en champ clair. Des travaux antérieurs ont montré que les nanofils peuvent prendre différentes couleurs, mais uniquement en regardant dispersés, plutôt que directement reflété, léger.
Pour créer le réseau multicolore de nanofils de silicium verticaux, les ingénieurs de Harvard et de Zena Technologies ont utilisé une combinaison de lithographie par faisceau d'électrons et de gravure ionique réactive par plasma à couplage inductif.
Une plaquette lisse de silicium a été gravée au plasma jusqu'à ce qu'il ne reste plus que les nanofils en saillie verticale, ressemblant à des poils sur une brosse à dents. Alors que les nanofils ont été créés en matrices de milliers pour plus de commodité, les couleurs qu'ils présentaient étaient dues aux propriétés des fils individuels, pas d'ailleurs la lumière était dispersée ou diffractée dans le groupe.
(a) Réseau carré vertical de nanofils de silicium. L'étendue globale du réseau de nanofils est de 100 µm sur 100 µm. Le pas des nanofils est de 1 µm. Vue de dessus (b) et vue inclinée à 30 º (c) du réseau de nanofils. (d) Vue inclinée agrandie du réseau de nanofils. Les nanofils ont des rayons de 45 nm et mesurent 1 µm de long. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Ken Crozier et Kwanyong Seo, École d'ingénierie et de sciences appliquées de Harvard.
"Chaque nanofil agit comme un guide d'ondes, comme une fibre optique de taille nanométrique, mais optiquement absorbante, " explique Crozier. " Aux courtes longueurs d'onde, il n'y a pas beaucoup de couplage optique avec le nanofil. Aux grandes longueurs d'onde, le couplage est meilleur, mais les propriétés du guide d'ondes sont telles qu'il n'y a pas beaucoup d'absorption. Entre, il existe une gamme de longueurs d'onde où la lumière est couplée au nanofil et absorbée. Cette plage est déterminée par le diamètre du nanofil. Nous avons fabriqué des nanofils de diamètre 90, 100, et 130 nm qui apparaissaient rouges, bleu et vert, respectivement."
Pour démontrer le phénomène remarquable et la relative facilité de contrôle et de positionnement des nanofils colorés, les chercheurs ont créé un hommage à l'échelle nanométrique à Harvard, concevoir un motif ressemblant au sceau Veritas de l'école d'ingénieurs et épeler l'acronyme SEAS dans un arc-en-ciel de couleurs.
Alors que l'image de Harvard correspondait étroitement au sceau de l'école, la couleur désirée a échappé aux ingénieurs.
"Nous voulions en fait rendre le sceau rouge plutôt que bleu, mais il s'est avéré que le diamètre était un peu faux, " dit Crozier.
Comme même de petits changements dans le rayon d'un fil peuvent altérer la couleur, le sceau s'est avéré bleu, plus approprié pour le célèbre sceau d'une certaine autre institution de l'Ivy League.
Heureusement, la technologie a d'autres applications prometteuses. L'objectif final des chercheurs est d'utiliser les fils dans des capteurs d'images. Les photodétecteurs traditionnels dans les dispositifs de capteur d'image peuvent mesurer l'intensité de la lumière mais pas déterminer sa couleur sans l'utilisation d'un filtre supplémentaire, qui jette une grande partie de la lumière, limiter la sensibilité de l'appareil.
Les chercheurs espèrent résoudre ce problème en fabriquant des nanofils verticaux contenant des photodétecteurs au-dessus des photodétecteurs standard formés sur une plaquette de silicium. Les photodétecteurs à nanofil et standard pourraient chacun détecter une partie différente du spectre de la lumière incidente. En comparant les signaux de chacun, la couleur a pu être déterminée sans perdre autant de lumière.
"Avec des capteurs d'images, chaque petit peu d'efficacité compte. De plus, on imagine même utiliser les fils colorés pour encoder des données dans un type de stockage d'informations en lecture seule, " ajoute Crozier.
