Des chercheurs de l'Université Rice et des Laboratoires nationaux Sandia ont fabriqué un photodétecteur à base de nanotubes qui capte la lumière dans et au-delà des longueurs d'onde visibles. Il promet de rendre possible un ensemble unique de dispositifs optoélectroniques, des cellules solaires et peut-être même des caméras spécialisées.

Une caméra traditionnelle est un détecteur de lumière qui capture un enregistrement, dans les produits chimiques, de ce qu'il voit. Les appareils photo numériques modernes ont remplacé le film par des détecteurs à base de semi-conducteurs.

Mais le détecteur de Rice, l'objet d'un article paru aujourd'hui dans la revue en ligne Nature Rapports scientifiques , est basé sur des nanotubes de carbone extra-longs. A 300 micromètres, les nanotubes ne mesurent encore qu'un centième de pouce de long, mais chaque tube est des milliers de fois plus long que large.

Cela démarre le détecteur à large bande dans ce que le physicien de Rice Junichiro Kono considère comme un appareil macroscopique, facilement attaché aux électrodes pour le test. Les nanotubes sont cultivés comme un « tapis » très mince par le laboratoire du chimiste Rice Robert Hauge et pressés horizontalement pour les transformer en une fine feuille de centaines de milliers de tubes bien alignés.

Ils sont tous de la même longueur, Kono a dit, mais les nanotubes ont des largeurs différentes et sont un mélange de conducteurs et de semi-conducteurs, dont chacun est sensible à différentes longueurs d'onde de la lumière. "Les appareils antérieurs étaient soit un seul nanotube, qui ne sont sensibles qu'à des longueurs d'onde limitées, " dit-il. " Ou c'étaient des réseaux aléatoires de nanotubes qui fonctionnaient, mais il était très difficile de comprendre pourquoi.

"Notre appareil combine les deux techniques, " a déclaré Sébastien Nanot, un ancien chercheur postdoctoral dans le groupe de Kono et premier auteur de l'article. "C'est simple dans le sens où chaque nanotube est connecté aux deux électrodes, comme dans les expériences avec un seul nanotube. Mais nous avons beaucoup de nanotubes, ce qui nous donne la qualité d'un appareil macroscopique."

Avec tant de nanotubes de tant de types, le réseau peut détecter la lumière de l'infrarouge (IR) à l'ultraviolet, et toutes les longueurs d'onde visibles entre les deux. Le fait qu'il puisse absorber la lumière à travers le spectre devrait rendre le détecteur d'un grand intérêt pour l'énergie solaire, et ses capacités IR peuvent le rendre adapté aux applications d'imagerie militaire, dit Kono. "Dans le domaine visible, il y a déjà beaucoup de bons détecteurs, " dit-il. " Mais dans l'IR, il n'existe que des détecteurs à basse température et ils ne conviennent pas à des fins militaires. Notre détecteur fonctionne à température ambiante et n'a pas besoin de fonctionner dans un vide spécial."

Le détecteur est également sensible à la lumière polarisée et absorbe la lumière qui le frappe parallèlement aux nanotubes, mais pas si l'appareil est tourné à 90 degrés.

Le travail est le premier résultat réussi d'une collaboration entre Rice et Sandia dans le cadre du programme de l'Institut national de nano-ingénierie de Sandia financé par le ministère de l'Énergie. Le groupe de François Léonard à Sandia a développé un nouveau modèle théorique qui explique correctement et quantitativement toutes les caractéristiques du photodétecteur à nanotubes. « Comprendre les principes fondamentaux qui régissent ces photodétecteurs est important pour optimiser leur conception et leurs performances, " dit Léonard.

Kono s'attend à ce que de nombreux autres articles découlent de la collaboration. L'appareil initial, selon Léonard, démontre simplement le potentiel des photodétecteurs à nanotubes. Ils prévoient de construire de nouvelles configurations qui étendent leur portée jusqu'au térahertz et de tester leurs capacités en tant qu'appareils d'imagerie. "Il y a ici un potentiel pour fabriquer des dispositifs réels et utiles à partir de cette recherche fondamentale, " dit Kono.