L'électronique moderne telle que nous la connaissons, des téléviseurs aux ordinateurs, dépendent de matériaux conducteurs qui peuvent contrôler les propriétés électroniques. Alors que la technologie se réduit à des appareils de communication de poche et à des puces électroniques pouvant tenir sur la tête d'une épingle, les matériaux conducteurs de taille nanométrique sont très demandés.
Maintenant, Le professeur Eran Rabani de l'École de chimie de l'Université de Tel Aviv à la Faculté des sciences exactes Raymond et Beverly Sackler, en collaboration avec les Prs. Uri Banin et Oded Millo à l'Université hébraïque, a pu démontrer comment des nanocristaux semi-conducteurs peuvent être dopés afin de modifier leurs propriétés électroniques et être utilisés comme conducteurs. Cela ouvre un monde de possibilités, dit le professeur Rabani, en termes d'applications de petits dispositifs électroniques et électro-optiques, comme les diodes et photodiodes, composants électriques utilisés dans les téléphones cellulaires, Caméras digitales, et panneaux solaires.
Les panneaux solaires sont généralement fabriqués à partir d'une jonction pn. Quand ils absorbent la lumière, la jonction sépare les électrons chargés négativement et les trous chargés positivement, produire un courant électrique, explique le Pr Rabani. "Avec cette nouvelle méthode de dopage des nanocristaux pour les rendre à la fois de type p et n, nous espérons que les panneaux solaires pourront être rendus non seulement plus efficaces, mais moins cher aussi, " dit-il. Cette recherche a été publiée récemment dans la revue Science.
Des progrès limpides
Selon le professeur Rabani, la quête pour doper électriquement les nanocristaux a été une bataille difficile. Les cristaux eux-mêmes ont la capacité de s'auto-purifier, ce qui signifie qu'ils se nettoient des dopants. Aussi, il ajoute, certaines des méthodes synthétiques de dopage étaient problématiques à l'échelle nanométrique – les cristaux étaient incapables de résister aux techniques de dopage applicables aux semi-conducteurs massifs.
La clé, explique le Pr Rabani, était de trouver une méthode pour doper les nanocristaux sans "blanchir" leurs propriétés optiques - et donc annuler leurs capacités d'absorption. Si vous pouvez doper des nanocristaux de cette manière, il dit, il ouvre la porte à de nombreuses applications pratiques à base de matériaux nanocristallins. "Tout ce que vous pouvez faire avec les nanocristaux, vous pouvez le faire avec des nanocristaux dopés - et plus encore en contrôlant leurs propriétés électroniques."
Ces défis ont été contournés grâce à l'utilisation de réactions contrôlées par diffusion à température ambiante. Les cristaux ont été baignés dans une solution qui comprenait les dopants, où la diffusion lente a permis aux impuretés de se frayer un chemin dans le nanocristal.
Les chercheurs ont utilisé un microscope à effet tunnel (STM), un appareil qui image des surfaces à un niveau atomique, afin de déterminer le succès de leur procédure de dopage. Ces mesures ont indiqué comment l'énergie de Fermi des nanocristaux a changé lors du dopage, une caractéristique clé dans le contrôle des propriétés électroniques des appareils électroniques. Les résultats, note le professeur Rabani, indiquent que les nanocristaux ont été dopés avec les deux dopants de type n, indiquant la présence d'électrons en excès dans les nanocristaux, et de type p, qui contribuent à des trous chargés positivement aux semi-conducteurs. Cela permettra leur utilisation dans l'électronique qui nécessite une jonction pn, comme les panneaux solaires, diodes électroluminescentes, et plus.
Élargir le spectre des nanocristaux
Non seulement le professeur Rabani et ses collègues chercheurs ont réussi à doper des nanocristaux sans blanchir leurs propriétés optiques, mais ils ont également pu contrôler les propriétés optiques, à savoir, la gamme de couleurs que produisent les nanocristaux. Une fois dopé, les particules de nanocristaux pourraient changer de couleur, devenant plus rouge ou bleu. Le professeur Rabani et ses collègues ont pu développer une théorie pour expliquer ces observations.
Le professeur Rabani dit que cette technologie peut aller très loin. Dopage des semi-conducteurs, il explique, a été essentiel pour le développement de la technologie. « Parallèlement à cela, nous savons également que nous voulons rendre les composants électriques très petits. Une grande partie de l'électronique ou de l'optique du futur sera basée sur le dopage des nanoparticules."
