Ces images au microscope électronique en coupe transversale montrent les facettes hexagonales et la qualité du cristal d'un nanofil de tube à puits quantiques (à gauche), et la concentration d'électrons dans ses coins. Une équipe de chercheurs de l'Université de Cincinnati a découvert une nouvelle structure dans un nanofil semi-conducteur aux propriétés uniques. Crédit :Howard Jackson, l'Université de Cincinnati
Il y a de grandes nouvelles dans le monde des petites choses. De nouvelles recherches menées par les professeurs de physique de l'Université de Cincinnati, Howard Jackson et Leigh Smith, pourraient contribuer à de meilleurs moyens d'exploiter l'énergie solaire, des capteurs de qualité de l'air plus efficaces ou encore des mesures de sécurité plus strictes contre les armes biologiques telles que l'anthrax. Et tout commence par quelque chose qui vaut 1, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain typique - un nanofil semi-conducteur.
Jackson de l'UC, Forgeron, la doctorante récemment diplômée Melodie Fickenscher et le doctorant en physique Teng Shi, ainsi que plusieurs collègues des États-Unis et du monde entier ont récemment publié le document de recherche "Optical, Études structurelles et numériques de tubes à puits quantiques à noyau et à plusieurs couches de GaAs/AlGaAs" dans Lettres nano , une revue de premier plan sur les nanosciences et les nanotechnologies publiée par l'American Chemical Society. Dans le journal, l'équipe rapporte avoir découvert une nouvelle structure dans un nanofil semi-conducteur avec des propriétés uniques.
"Ce type de structure dans le système arséniure de gallium / arséniure de gallium d'aluminium n'avait pas été réalisé auparavant, " dit Jackson. " C'est nouveau en termes d'endroit où vous trouvez les électrons et les trous, et spatialement c'est une nouvelle structure."
Les yeux sur la taille et les électrons de virage
Ces petites structures pourraient avoir un effet important sur une variété de technologies. Les semi-conducteurs sont au centre de l'électronique moderne. Des ordinateurs, Les téléviseurs et les téléphones portables en ont. Ils sont fabriqués à partir de la forme cristalline d'éléments qui ont des propriétés de conductivité électrique scientifiquement bénéfiques. De nombreux semi-conducteurs sont en silicium, mais dans ce cas ils sont faits d'arséniure de gallium. Et bien que l'utilisation généralisée de ces nanofils minces dans de nouveaux appareils soit encore proche, la clé pour faire de ce résultat une réalité dans les années à venir est ce qui est dans le coin.
En utilisant une coque mince appelée tube à puits quantique et en la faisant croître – jusqu'à environ 4 nanomètres d'épaisseur – autour du noyau du nanofil, les chercheurs ont découvert que les électrons contenus dans le nanofil étaient distribués de manière inhabituelle par rapport aux facettes du tube hexagonal. Un examen attentif des coins des facettes du tube a révélé quelque chose d'inattendu :une forte concentration d'électrons et de trous à l'état fondamental.
Teng Shi, la gauche, et Mélodie Fickenscher, Université de Cincinnati, mener une expérience sur les nanofils en laboratoire dans le cadre du projet de recherche d'Howard Jackson. Crédit :Howard Jackson
"Avoir le facettage compte vraiment. Cela change le jeu de balle, " dit Jackson. " Ajuster la largeur du tube du puits quantique vous permet de contrôler l'énergie - ce qui aurait été prévu - mais en plus, nous avons découvert qu'il y a un état fondamental très localisé aux coins qui peut alors donner naissance à de véritables nanofils quantiques. "
Les nanofils que l'équipe utilise pour ses recherches sont cultivés à l'Université nationale australienne de Canberra, Australie – un partenaire dans ce projet qui s'étend à des parties disparates du globe.
Influencer la science du petit de manière importante
La découverte de l'équipe ouvre une nouvelle porte à une étude plus approfondie de la physique fondamentale des nanofils semi-conducteurs. Quant à conduire à des avancées technologiques telles que les cellules photovoltaïques, Jackson dit qu'il est trop tôt pour le dire car les nanofils quantiques ne sont que maintenant à l'étude. Mais dans un monde où des centaines de dollars de technologie sont emballés dans un iPhone de 5 x 2,5 pouces, il n'est pas difficile de voir à quel point la science, petite mais puissante, a un prix.
L'équipe de l'UC est l'une des seulement une demi-douzaine aux États-Unis à mener des recherches concurrentielles dans le domaine. C'est une discipline relativement jeune, trop, Jackson dit, et un qui évolue rapidement. Pour une science aussi innovante, il dit qu'il est important d'avoir un effort de collaboration. L'équipe comprend des scientifiques de centres de recherche du Midwest, la côte ouest et jusqu'en bas :UC, Miami University of Ohio et Sandia National Laboratories en Californie ici aux États-Unis; et l'Université Monash et l'Université nationale australienne en Australie.
Les efforts de l'équipe sont un autre exemple de la façon dont UC se démarque non seulement en tant que leader de la science de premier ordre, mais aussi à façonner l'avenir de la discipline en offrant à ses étudiants des opportunités d'enseignement et de recherche de haute qualité.
"Nous formons des étudiants aux techniques de pointe sur des matériaux de pointe en faisant de la physique de pointe, " dit Jackson. " Après avoir terminé leurs études ici, ils sont bien placés pour sortir et apporter leur propre contribution."
