Une nouvelle approche de la croissance des nanofils promet un nouveau moyen de contrôler leurs propriétés électroluminescentes et électroniques. Dans un récent numéro de Lettres nano , des scientifiques du Lawrence Berkeley National Lab (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie ont démontré une nouvelle technique de croissance qui utilise des catalyseurs spécialement conçus. Ces catalyseurs, précurseurs de la croissance des nanofils, ont donné aux scientifiques plus d'options que jamais pour changer la couleur des nanofils électroluminescents.

La nouvelle approche pourrait potentiellement être appliquée à une variété de matériaux et être utilisée pour fabriquer des dispositifs de nouvelle génération tels que des cellules solaires, diodes électroluminescentes, électronique haute puissance et plus, dit Shaul Aloni, scientifique à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, une installation utilisateur du DOE, et auteur principal de l'étude.

Depuis le début des années 2000, les scientifiques ont fait des progrès constants dans la culture des nanofils. Initialement, les premiers échantillons de nanofils ressemblaient à des « nouilles enchevêtrées ou à des forêts ravagées par les feux de forêt, " selon les chercheurs. Plus récemment, les scientifiques ont découvert que diverses conditions conduisent à la croissance de réseaux de nanofils plus ordonnés.

Par exemple, certains substrats sur lesquels les nanofils croissent créent des conditions telles que l'orientation de croissance des nanofils est dictée par la structure cristalline sous-jacente du substrat. Malheureusement, cette approche et d'autres n'ont pas été infaillibles et certains nanofils sont encore malhonnêtes.

De plus, il n'existe pas de moyen simple de faire croître différents types de nanofils dans le même environnement et sur le même substrat. Cela serait utile si vous vouliez faire croître de manière sélective des nanofils avec différentes propriétés électroniques ou optiques dans le même lot, par exemple.

« À la Molecular Foundry, nous visons à développer de nouvelles stratégies et à ajouter de nouveaux outils au sac d'astuces utilisées pour la synthèse de nanomatériaux, " dit Aloni. " Pendant des années, nous avons cherché des moyens plus intelligents de faire croître des nanostructures avec des propriétés optiques différentes dans des conditions de croissance identiques. L'ingénierie du catalyseur nous rapproche de cet objectif."

Les chercheurs se sont concentrés sur des nanofils en nitrure de gallium. Dans sa forme en vrac (non nanométrique), le nitrure de gallium émet de la lumière dans la gamme bleue ou ultraviolette. Si des atomes d'indium y sont ajoutés, la gamme peut être étendue au rouge, ce qui en fait essentiellement une source de lumière accordable à large spectre dans le domaine visible.

Le problème est que l'ajout d'atomes d'indium met la structure cristalline du nitrure de gallium sous contrainte, ce qui conduit à des appareils peu performants. Nanofils de nitrure de gallium, cependant, ne ressentez pas le même type de tension cristalline, les scientifiques espèrent donc les utiliser comme accordables, sources lumineuses à large spectre.

Pour obtenir leur contrôle, l'équipe s'est concentrée sur la catalyse qui guide la croissance des nanofils. Normalement, les chercheurs utilisent des catalyseurs constitués d'un seul métal. L'équipe de Berkeley a décidé d'utiliser des mélanges métalliques d'or et de nickel, appelés alliages, plutôt comme catalyseurs.

Dans l'étude, les chercheurs ont découvert que l'orientation de croissance des nanofils de nitrure de gallium dépendait fortement de la concentration relative de nickel et d'or dans le catalyseur. En modifiant les concentrations dans l'alliage, les chercheurs pouvaient manipuler avec précision, même sur le même substrat dans le même lot, l'orientation des nanofils.

"Personne n'avait utilisé de catalyseurs bimétalliques pour contrôler la direction de la croissance auparavant, " dit Tevye Kuykendall, scientifique à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab. Kuykendall dit que le mécanisme à l'origine du nouveau processus de croissance n'est pas entièrement compris, mais cela implique les différentes tendances de l'or et du nickel à s'aligner avec diverses surfaces cristallographiques au point où les nanofils commencent à se développer.

Les chercheurs ont également montré que selon la direction de croissance choisie, différentes propriétés optiques ont été observées grâce aux surfaces cristallines exposées à la surface du nanofil. "L'une des choses qui rendent les nanostructures intéressantes, est que la surface joue un rôle plus important dans la définition des propriétés du matériau, " dit Aloni. Cela conduit à des changements dans les propriétés optiques que l'on ne voit pas dans les matériaux plus gros, les rendant plus utiles.

Aloni dit que l'équipe se concentrera ensuite davantage sur la chimie des différentes surfaces de nanofils afin d'adapter davantage les propriétés optiques du nanofil.