Alors que les nanofils semi-conducteurs apparaissent comme des blocs de construction indispensables pour l'électronique de nouvelle génération, conversion de l'énergie, et les dispositifs photoniques (c'est-à-dire les panneaux solaires, laser), il est essentiel de mieux comprendre comment diriger la croissance des nanofils, selon les chercheurs de Georgia Tech.
Plusieurs ordres de grandeur plus petits que les fils ménagers, les nanofils peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux semi-conducteurs, notamment le germanium et le silicium.
Pendant des années, la synthèse des nanofils a été quelque peu mystérieuse, obligeant les scientifiques à expérimenter les réglages des réacteurs, modulant la température et la pression, pour voir ce qui fonctionnerait le mieux - un lent, processus ardu d'essais et d'erreurs. "C'était comme faire cuire quelque chose dans le four sans jamais pouvoir regarder dedans jusqu'à ce que ce soit fait des heures plus tard, " explique Michael Filler, professeur agrégé à l'École de génie chimique et biomoléculaire de Georgia Tech.
Cependant, une équipe travaillant dans le laboratoire Filler a acquis une connaissance sans précédent du processus de croissance des nanofils grâce à l'utilisation de la spectroscopie infrarouge en temps réel. Ils ont découvert que les espèces de surface, spécifiquement des atomes d'hydrogène et des groupes méthyle, décorent la surface du nanofil et sont essentiels à la croissance stable des nanofils en germanium.
Selon les conclusions de l'étude, sans présence d'hydrogène et de méthyle adsorbant (ou adhérant) aux parois latérales des nanofils, la gouttelette de liquide qui se trouve au sommet du nanofil pourrait glisser, provoquant l'arrêt de la croissance. « Ces espèces de surface, molécules d'hydrogène et de méthyle, agir comme une couche de Rain-X, maintenir la goutte en place, " Explique Remplisseur.
« Nos travaux montrent que sans ces adsorbats de surface, la croissance ne se produit pas. Personne ne le savait avant, " dit Remplisseur, dont l'équipe de recherche a publié ses conclusions dans un récent numéro de la Journal de l'American Chemical Society . "Depuis que les scientifiques utilisent cette méthode de croissance - plus de cinq décennies - nous ne savions pas qu'il y avait quoi que ce soit à la surface du fil."
Maintenant que la communauté scientifique est consciente de cet aspect clé de la synthèse des nanofils, les chercheurs pourront mieux concevoir des procédés et des précurseurs pour chorégraphier la croissance des nanofils, Remplisseur dit. Alors que les obstacles à la production de nanofils sont surmontés, ils peuvent être fabriqués sur une plus grande vente et incorporés dans des produits commerciaux.
"Les connaissances chimiques fondamentales fournies dans notre étude promettent de faire progresser la conception synthétique rationnelle de la structure et de la fonction des nanofils, ", dit Remplisseur.
Intitulé "Observation directe des espèces de surface transitoires pendant la croissance des nanofils Ge et leur influence sur la stabilité de la croissance, " l'étude a été menée par Saujan V. Siveram (PhD 2015) qui a collaboré avec Filler, Naechul Shin (doctorat 2013), et Li-Wei Chou, un ancien chercheur postdoctoral à Georgia Tech.
Filler dit que leurs expériences donnent un aperçu de, et proposer des solutions possibles pour, défis de longue date dans la sélection de matériaux qui catalysent le processus de croissance des nanofils ; la livraison d'impuretés (par exemple, phosphore, bore) qui influencent la conduction électrique ; et la formation d'hétérostructures sur ou au sein de nanofils, permettant de meilleures et éventuellement de nouvelles combinaisons de matériaux.
