Les images radiographiques de chaque nanofil montrent la distribution de l'intensité de diffusion et de la contrainte mécanique dans le noyau de nitrure de gallium et la coque de nitrure d'indium-gallium. La souche montre que la coque s'adapte parfaitement au noyau. Crédit :Tomas Stankevic, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague.
Les dernières recherches de l'Institut Niels Bohr montrent que les LED fabriquées à partir de nanofils utiliseront moins d'énergie et fourniront une meilleure lumière. Les chercheurs ont étudié les nanofils en utilisant la microscopie à rayons X et avec cette méthode, ils peuvent déterminer exactement comment le nanofil doit être conçu pour donner les meilleures propriétés. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique, ACS Nano .
Les nanofils sont très petits - environ 2 micromètres de haut (1 micromètre est un millième de millimètre) et 10-500 nanomètres de diamètre (1 nanomètre est un millième de micromètre). Les nanofils pour LED sont constitués d'un noyau interne de nitrure de gallium (GaN) et d'une couche de nitrure d'indium-gallium (InGaN) à l'extérieur, qui sont tous deux des matériaux semi-conducteurs.
"La lumière dans une telle diode dépend de la contrainte mécanique qui existe entre les deux matériaux et la contrainte est très dépendante de la façon dont les deux couches sont en contact l'une avec l'autre. Nous avons examiné un certain nombre de nanofils en utilisant la microscopie à rayons X et même si les nanofils devraient en principe être identiques, nous pouvons voir qu'ils sont différents et ont une structure très différente, " explique Robert Feidenhans'l, professeur et directeur de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague.
Étonnamment efficace
Les études ont été réalisées en utilisant la microscopie à rayons X à l'échelle nanométrique dans le synchrotron à électrons de DESY à Hambourg, Allemagne. La méthode prend généralement beaucoup de temps et les résultats sont souvent limités à très peu ou même à un seul sujet d'étude. Mais ici, les chercheurs ont réussi à mesurer une série de nanofils verticaux à la fois en utilisant une conception spéciale d'un rayon X nanofocalisé sans détruire les nanofils dans le processus.
Une série de nanofils ont été scannés dans les rayons X nanofocalisés, tandis que les réflexions des différents plans cristallins des nanofils ont été mesurées. La localisation des réflexions renseigne sur l'inclinaison et les déformations des nanofils Crédit :Tomas Stankevic, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague.
"Nous avons mesuré 20 nanofils et quand nous avons vu les images, nous avons été très surpris car on pouvait clairement voir les détails de chaque nanofil. Vous pouvez voir la structure du noyau interne et de la couche externe. S'il y a des défauts dans la structure ou s'ils sont légèrement pliés, ils ne fonctionnent pas aussi bien. Ainsi, nous pouvons identifier exactement quels nanofils sont les meilleurs et ont la structure noyau/coque la plus efficace, " explique Tomas Stankevic, un doctorant dans le groupe de recherche « Neutron and X-ray Scattering » à l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague.
Les nanofils sont produits par une entreprise suédoise et ces nouvelles informations peuvent être utilisées pour modifier la structure des couches des nanofils. Le professeur Robert Feidenhans'l explique qu'il existe un grand potentiel dans de tels nanofils. Ils fourniront une lumière plus naturelle dans les LED et ils utiliseront beaucoup moins d'énergie. En outre, ils pourraient être utilisés dans les téléphones intelligents, téléviseurs et de nombreuses formes d'éclairage.
Les chercheurs s'attendent à ce que les choses aillent très vite et qu'elles soient déjà utilisées d'ici cinq ans.