(Phys.org) - Des scientifiques de l'Université du Texas à Austin et de l'Université Cornell ont fabriqué les premiers réseaux ordonnés de nanocristaux de silicium signalés à ce jour. Brian A. Korgel et ses collègues ont développé une nouvelle méthode chimique pour générer de minuscules cristaux de silicium - ou points quantiques - avec une taille contrôlée avec précision, puis se sont appuyés sur la nature pour les organiser en structures régulières. Les nouvelles baies auto-assemblées, présenté dans la revue ChemPhysChem , pourrait aider les chercheurs à exploiter les propriétés d'émission de lumière prometteuses de l'un des semi-conducteurs les plus importants sur le plan commercial.
Le silicium en vrac est utilisé dans une large gamme d'applications, principalement dans l'industrie électronique, mais c'est un faible absorbeur de lumière et un émetteur de lumière extrêmement pauvre, il ne convient donc pas aux utilisations nécessitant une émission de lumière. Ces propriétés changent lorsque le cristal se rétrécit à l'échelle nanométrique. Les points quantiques Si peuvent présenter une luminescence visible très brillante avec une couleur réglable en taille, ce qui les rend intéressantes pour la fabrication de diodes électroluminescentes (LED) - voire comme source laser possible. Au cours des dernières années, il y a eu un grand intérêt à comprendre ces propriétés uniques et à les utiliser pour créer de nouvelles technologies.
Cependant, la plupart des applications nécessitent des matrices de nanocristaux, et bien qu'il y ait eu des efforts pour les fabriquer, les collections de boîtes quantiques Si obtenues à ce jour ont été désordonnées, généralement avec une distribution de taille importante. Korgel et ses collaborateurs ont maintenant développé une nouvelle méthode chimique qui leur permet d'obtenir des particules de silicium monodispersées dans la plage de taille exacte nécessaire pour les propriétés à l'échelle nanométrique, comme l'émission de lumière vive. "Nous avons réalisé les premiers tableaux commandés, ou super-réseaux, de cristaux de silicium à l'échelle nanométrique. Ces collections de minuscules cristaux de silicium sont auto-assemblées, de la même manière que les macromolécules s'auto-assemblent dans les organismes vivants", dit Korgel. "Ceci est nécessaire car les dimensions sont beaucoup trop petites pour être obtenues en utilisant des moyens conventionnels comme les techniques de lithographie utilisées pour fabriquer des circuits intégrés", il ajoute. Les scientifiques ont également découvert que les nouveaux super-réseaux de nanocristaux de silicium sont beaucoup plus stables thermiquement que les autres types de super-réseaux de nanocristaux signalés auparavant.
L'équipe de Korgel a synthétisé des nanocristaux de Si par décomposition thermique d'hydrogène silsesquioxane (HSQ), suivi d'une gravure HF, réaction avec le 1-dodécène, et précipitation sélective en taille des nanoparticules obtenues. Les points quantiques ont ensuite été dispersés dans du chloroforme et finalement coulés en goutte. Deux techniques connues, appelées microscopie électronique à transmission (MET) et diffusion rasante des rayons X aux petits angles (GISAXS), ont été appliquées pour étudier l'ordre des nanocristaux. "Parce que l'ordre dans ces arrangements peut influencer les propriétés des nanomatériaux, les super-réseaux de points quantiques en silicium offrent un nouveau terrain de jeu pour comprendre et manipuler les propriétés du silicium de manière nouvelle et unique", dit Korgel.
