Des chercheurs de l'Université hébraïque de Jérusalem ont réalisé une percée dans le domaine des nanosciences en modifiant avec succès les propriétés des nanocristaux avec des atomes d'impuretés - un processus appelé dopage - ouvrant ainsi la voie à la fabrication de nanocristaux semi-conducteurs améliorés.

Les nanocristaux semi-conducteurs sont constitués de dizaines à des milliers d'atomes et sont au nombre de 10, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. Ces minuscules particules ont des utilisations dans une multitude de domaines, comme l'éclairage à semi-conducteurs, cellules solaires et bio-imagerie. L'une des principales applications potentielles de ces matériaux remarquables est dans l'industrie des semi-conducteurs, où une miniaturisation intensive a eu lieu depuis 50 ans et est maintenant de l'ordre du nanomètre.

Cependant, ces semi-conducteurs sont de mauvais conducteurs électriques, et afin de les utiliser dans des circuits électroniques, leur conductivité doit être ajustée par l'ajout d'impuretés. Dans ce processus, atomes étrangers, appelées impuretés, sont introduits dans le semi-conducteur, entraînant une amélioration de sa conductivité électrique.

Aujourd'hui, l'industrie des semi-conducteurs dépense chaque année des milliards de dollars en efforts pour ajouter intentionnellement des impuretés dans les produits semi-conducteurs, qui est une étape majeure dans la fabrication de nombreux produits électroniques, y compris les puces informatiques, diodes électroluminescentes et cellules solaires.

En raison de l'importance du dopage pour l'industrie des semi-conducteurs, des chercheurs du monde entier n'ont cessé de tenter de doper les nanocristaux afin d'atteindre une miniaturisation toujours plus grande et d'améliorer les méthodes de production des dispositifs électroniques. Malheureusement, ces minuscules cristaux résistent au dopage, car leur petite taille provoque l'expulsion des impuretés. Un problème supplémentaire est le manque de techniques analytiques disponibles pour étudier de petites quantités de dopants dans les nanocristaux. En raison de cette limitation, la plupart des recherches dans ce domaine se sont concentrées sur l'introduction d'impuretés magnétiques, qui peut être analysé plus facilement. Cependant, les impuretés magnétiques n'améliorent pas vraiment la conductivité du nanocristal.

Prof. Uri Banin et son étudiant diplômé, David Mocatta, du Centre universitaire hébreu pour les nanosciences et les nanotechnologies, ont réalisé une percée dans leur développement d'un simple, réaction chimique à température ambiante pour introduire des atomes d'impuretés de métaux dans les nanocristaux semi-conducteurs. Ils ont vu de nouveaux effets non signalés auparavant. Cependant, lorsque les chercheurs ont tenté d'expliquer les résultats, ils ont découvert que la physique des nanocristaux dopés n'était pas très bien comprise.

Petit à petit, en collaboration avec le professeur Oded Millo de l'Université hébraïque et avec Guy Cohen et le professeur Eran Rabani de l'Université de Tel Aviv, ils ont construit une image complète de la façon dont les impuretés affectent les propriétés des nanocristaux. La difficulté initiale à expliquer ce processus s'est avérée être une grande opportunité, comme ils ont découvert que l'impureté affecte le nanocristal de manière inattendue, résultant en une physique nouvelle et intrigante.

"Nous avons dû utiliser une combinaison de nombreuses techniques qui, prises ensemble, montrent clairement que nous avons réussi à doper les nanocristaux. Cela a pris cinq ans mais nous y sommes finalement parvenus, " dit Mocatta.

Cette percée a été rapportée récemment dans la prestigieuse revue Science . Il ouvre la voie au développement de nombreuses applications potentielles avec les nanocristaux, allant de l'électronique à l'optique, de la détection aux solutions énergétiques alternatives. Les nanocristaux dopés peuvent être utilisés pour fabriquer de nouveaux types de nanolasers, cellules solaires, capteurs et transistors, répondre aux exigences rigoureuses de l'industrie des semi-conducteurs.