Les ingénieurs travaillant à l'échelle nanométrique auront un nouvel outil à leur disposition grâce à un groupe international de chercheurs dirigé par le Collège d'ingénierie de l'Université Drexel. Cette procédure innovante pourrait atténuer le défi persistant de mesurer les caractéristiques clés du comportement des électrons tout en concevant les composants de plus en plus réduits qui permettent aux téléphones portables, ordinateurs portables et tablettes pour devenir de plus en plus minces et plus économes en énergie.

"L'interface entre deux matériaux semi-conducteurs permet à la plupart des gadgets électroniques que nous utilisons chaque jour, des ordinateurs aux téléphones portables, écrans et cellules solaires, " a déclaré Guannan Chen, étudiant diplômé du département Science et Ingénierie des Matériaux de Drexel et auteur principal du rapport du groupe, qui a été récemment publié dans Lettres nano . "L'une des caractéristiques les plus importantes de l'interface est la hauteur de l'étape d'énergie requise pour que l'électron puisse grimper, connu sous le nom de décalage de bande. Les méthodes actuelles de mesure de cette hauteur de marche dans les dispositifs planaires ne sont pas pratiques pour les dispositifs nanométriques, cependant, alors nous sommes partis pour trouver une meilleure façon de faire cette mesure."

La mesure du décalage de bande auquel sont confrontés les électrons sautant d'un matériau à un autre est un élément clé du processus de conception car elle guide la refonte et le prototypage des composants nanométriques afin de les rendre aussi efficaces et efficients que possible.

Utilisation du courant induit par laser dans un dispositif à nanofils et de sa dépendance à la longueur d'onde du laser, l'équipe a conçu une nouvelle méthode pour dériver le décalage de bande. Comme ils changent continuellement la longueur d'onde du laser, ils mesurent les réponses photocourantes. A partir de ces données, ils sont capables de déterminer le décalage de bande.

"En utilisant l'interface au sein d'un nanofil semi-conducteur à noyau-coque coaxial comme système modèle, nous avons fait des mesures directes du décalage de bande pour la première fois en électronique à nanofils, " a déclaré Chen. " C'est une pierre angulaire importante pour concevoir librement de nouveaux dispositifs à nanofils tels que les cellules solaires, LED, et l'électronique à grande vitesse pour les communications sans fil. Ce travail peut également s'étendre à des systèmes de matériaux plus larges qui peuvent être adaptés à des applications spécifiques. »

L'étude, qui a été financé principalement par la National Science Foundation, comprenait également des chercheurs de l'Université Lehigh, Conseil national de la recherche – Institut de microélectronique et microsystèmes (IMM-CNR) et Université du Salento en Italie, Weizmann Institute of Science et Negev Nuclear Research Center en Israël et l'Université d'Alabama. Chaque groupe a ajouté un élément clé au projet.

"Le travail d'équipe et les collaborations étroites sont essentiels dans ce travail, " dit Guan Sun, le chercheur principal de Lehigh. "Le canal fluide de partage d'idées et de ressources d'expérimentation est précieux au sein de l'équipe, car la qualité et la variété du système de matériaux sont essentielles pour obtenir des résultats précis."

Alors que les membres de Drexel ont conçu les expériences, traité les matériaux, fabriqué le dispositif à nanofils et mené des expériences spectroscopiques, Sun et Yujie Ding, de Lehigh, soutenu la recherche avec des expériences optiques complémentaires.

Les collaborateurs de l'IMM-CNR, Paola Préte, et l'Université du Salento, Ilio Miccoli et Nico Lovergin se sont associés à Hadas Shtrikman, du Weizmann Institute of Science pour produire le nanofil de haute qualité utilisé dans les tests. Patrick Kung, de l'Université de l'Alabama, analysé la composition du nanofil au niveau atomique, et Tsachi Livneh, du Centre de recherche nucléaire du Néguev, contribué aux analyses.

"Cette approche remarquablement simple pour obtenir une caractéristique clé dans les nanofils individuels est une avancée passionnante, " a déclaré le Dr Jonathan Spanier, professeur au Drexel's College of Engineering qui est le chercheur principal du projet. "Nous prévoyons que ce sera une méthode précieuse alors que nous développons des dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique ayant des fonctionnalités complètement nouvelles et importantes."

Avec une meilleure compréhension du comportement des matériaux et des électrons, l'équipe continuera à rechercher de nouveaux dispositifs optoélectroniques à l'échelle nanométrique tels que les transistors de nouveau concept, dispositifs de transfert d'électrons et dispositifs photovoltaïques.