Les nanofils semi-conducteurs sont des nanomatériaux quasi-unidimensionnels qui ont suscité un regain d'intérêt en tant que l'un des blocs de construction nanotechnologiques les plus puissants et les plus polyvalents avec un impact réel ou potentiel sur la nanoélectronique, photonique, électromécanique, conversion d'énergie respectueuse de l'environnement, biodétection, et les technologies de neuro-ingénierie.

La synthèse ascendante de nanofils par épitaxie en phase vapeur catalysée par un métal est un processus très attrayant pour générer des nanofils de haute qualité offrant ainsi un degré de liberté supplémentaire dans la conception de dispositifs innovants qui vont au-delà de ce qui est réalisable avec les technologies actuelles. Dans ce processus de nano-fabrication, les nanofils se développent par condensation d'atomes libérés d'une vapeur moléculaire (appelée précurseurs) à la surface de nano-gouttelettes métalliques. L'or est largement utilisé pour former ces nano-gouttelettes. Cet auto-assemblage de nanofils s'effectue spontanément à température et pression de vapeur optimales et peut être appliqué pour synthétiser tout type de nanofils semi-conducteurs. Cependant, pour fonctionnaliser ces nanomatériaux, une introduction précise d'impuretés est essentielle pour ajuster leurs propriétés électroniques et optiques. Par exemple, l'introduction d'impuretés des groupes III et V dans un réseau de silicium est une étape cruciale pour une conception et des performances optimales des technologies de nanofils de silicium. Le contrôle précis de ce processus de dopage reste un défi exceptionnel qui est de plus en plus complexe en raison de la recherche incessante de miniaturisation des dispositifs et de l'émergence de nouvelles architectures de dispositifs à l'échelle nanométrique.

Dans un développement récent, une équipe de scientifiques de Polytechnique Montréal (Canada), Université Northwestern (États-Unis), et l'Institut Max Planck de physique des microstructures (Allemagne) dirigé par le professeur Oussama Moutanabbir a fait une découverte fascinante d'un nouveau processus pour fonctionnaliser avec précision les nanofils. En utilisant l'aluminium comme catalyseur au lieu de l'or canonique, l'équipe a démontré que la croissance des nanofils déclenche un processus d'auto-dopage impliquant l'injection d'atomes d'aluminium, offrant ainsi une voie efficace pour doper les nanofils sans avoir besoin d'un traitement post-croissance généralement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs. Outre les implications technologiques, cet autodopage implique des processus à l'échelle atomique qui sont cruciaux pour la compréhension fondamentale de l'assemblage catalytique des nanofils. Les scientifiques ont étudié ce phénomène au niveau atomistique en utilisant la technique émergente de la tomographie à sonde atomique assistée par laser ultraviolet très focalisée pour obtenir des cartes tridimensionnelles atome par atome de nanofils individuels. Une nouvelle théorie prédictive des injections d'impuretés a également été développée pour décrire ce phénomène d'autodopage, qui offre une myriade d'opportunités pour créer une toute nouvelle classe de dispositifs à l'échelle nanométrique en adaptant avec précision la forme et la composition des nanofils.

Les résultats de leur percée seront publiés dans La nature .