Un nanofil quantique unidimensionnel (vu en jaune à gauche) peut passer d'un conducteur à un isolant avec l'ajout d'un seul défaut atomique, selon l'analyse microscopique du Oak Ridge National Laboratory. Les faisceaux de nanofils (à droite) sont généralement plus stables, conduisant à une meilleure conductance. Crédit :An-Ping Li et Shengyong Qin/ORNL
Les atomes individuels peuvent créer ou briser des propriétés électroniques dans l'un des plus petits conducteurs connus au monde, les nanofils quantiques. L'analyse microscopique au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie donne un rare aperçu de la façon dont la structure atomique des nanofils conducteurs affecte leur comportement électronique.
La microscopie de l'équipe ORNL a confirmé que des défauts délibérément introduits, qui n'ont que la taille d'un seul atome, pourrait transformer un nanofil conducteur en un isolant en fermant le chemin des électrons. Dirigé par An-Ping Li de l'ORNL, l'équipe de recherche a utilisé la microscopie à effet tunnel à sondes multiples pour analyser des nanofils constitués d'un matériau appelé siliciure de gadolinium.
"Ce type de conducteur unidimensionnel devrait être un composant fondamental dans toutes les architectures d'électronique quantique, " dit Li, chercheur au Centre de science des matériaux en nanophase de l'ORNL. "L'un des avantages des nanofils GdSi2 est qu'ils sont compatibles avec la technologie silicium conventionnelle et sont donc plus faciles à mettre en œuvre dans des dispositifs nanoélectroniques."
La recherche, publié dans l'American Chemical Society's Lettres nano , est la première étude corrélée qui relie le mouvement des électrons à des éléments structurels tels que des défauts ponctuels ou des impuretés qui se développent intentionnellement dans les nanofils.
"Quand un conducteur devient si petit, il sera très sensible aux défauts atomiques sur le nanofil, " dit Li. " Si le conducteur ou le fil est gros, les électrons peuvent toujours trouver un moyen de se déplacer. Mais avec un si petit nanofil, les électrons n'ont aucun moyen de s'échapper. Quand on ne met que quelques défauts sur ce nanofil, vous pouvez couper la conductance et convertir un conducteur en isolant."
Bien que les nanofils simples présentent la transition métal-isolant, l'équipe de l'ORNL a observé des comportements différents dans des faisceaux de nanofils constitués de deux, trois fils ou plus séparés par seulement quelques angströms.
"Si vous mettez des paquets ensemble, le couplage interfilaire a généralement un effet stabilisant sur la structure qui à son tour conduit à une meilleure conductance, " dit Li.
