En électronique, la course aux plus petits est énorme. Des physiciens de l'Université de Cincinnati s'efforcent d'exploiter la puissance des nanofils, des fils microscopiques qui ont le potentiel d'améliorer les cellules solaires ou de révolutionner la fibre optique.

La nanotechnologie a le potentiel de résoudre le goulot d'étranglement qui se produit lors du stockage ou de la récupération de données numériques - ou pourrait stocker des données d'une toute nouvelle manière. Les professeurs de l'UC et leurs étudiants diplômés ont présenté leurs recherches lors de la conférence du 13 mars de l'American Physical Society à la Nouvelle-Orléans. , Louisiane.

Hans-Pierre Wagner, professeur agrégé de physique, et le doctorant Fatemesadat Mohammadi cherchent des moyens de transmettre des données à la vitesse de la fibre optique, mais à une échelle nettement plus petite.

Wagner et l'auteur principal Mohammadi étudient ce domaine, appelé plasmonique, avec des chercheurs de trois autres universités. Pour la nouvelle expérience, ils ont construit des semi-conducteurs à nanofils avec des matériaux organiques, tiré des impulsions laser sur l'échantillon et mesuré le chemin parcouru par la lumière à travers le métal ; techniquement, les excitations des ondes plasmoniques.

"Donc, si l'on parvient à mieux comprendre le couplage entre les excitations dans les nanofils semi-conducteurs et les films métalliques, cela pourrait ouvrir beaucoup de nouvelles perspectives, " a déclaré Wagner.

L'exploitation réussie de ce phénomène, appelé guidage d'ondes plasmon, pourrait permettre aux chercheurs de transmettre des données avec de la lumière au niveau nano.

Des universités du monde entier étudient les nanofils, qui ont des applications omniprésentes, des capteurs biomédicaux aux diodes électroluminescentes ou LED. Quatre articles UC sur le sujet sont parmi plus de 150 autres par des chercheurs en nanofils du monde entier qui seront présentés lors de la conférence de mars.

"Vous essayez d'optimiser la structure physique sur quelque chose approchant l'échelle atomique. Vous pouvez fabriquer des appareils à très haute efficacité comme des lasers, " a déclaré Leigh Smith, chef du département de physique de l'UC. Smith et le professeur de physique de l'UC Howard Jackson ont également présenté des articles sur les nanofils lors de la conférence. Pratiquement tout le monde bénéficie de cette ligne de recherche, même si la mécanique quantique sous-jacente aux derniers biocapteurs dépasse une simple compréhension. Par exemple, les tests de grossesse à domicile utilisent des nanoparticules d'or - l'indicateur qui change de couleur. "Les gens utilisent tout le temps des technologies qu'ils ne comprennent pas, " Smith a dit. " Arthur C. Clarke a dit, 'Toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie.'"

Gordon Moore, co-fondateur d'Intel Corp., ont observé que le nombre de transistors utilisés dans une micropuce a à peu près doublé tous les deux ans depuis les années 1970. Ce phénomène, maintenant appelée la loi de Moore suggère que la puissance de traitement informatique s'améliore à un rythme prévisible.

Certains informaticiens ont prédit que la disparition de la loi de Moore était inévitable avec l'avènement des microprocesseurs. Mais la nanotechnologie prolonge la durée de vie de ce concept, dit Brian Markwalter, vice-président senior de la recherche et de la technologie pour la Consumer Technology Association. Son groupe commercial en représente 2, 200 membres dans l'industrie technologique américaine de 287 milliards de dollars.

"Ce n'est pas une course pour être petit juste pour être le plus petit. Il y a une progression pour pouvoir en faire plus avec des puces plus petites. L'effet pour les consommateurs est que chaque année, ils obtiennent des produits de mieux en mieux pour le même prix ou moins, " il a dit.

La nanotechnologie ouvre un univers de nouvelles possibilités, dit Markwalter.

"C'est presque magique. Ils s'améliorent, plus rapide, moins cher et consomme moins d'énergie, " il a dit.

Markwalter a déclaré que les recherches du professeur UC Wagner sont passionnantes car elles sont prometteuses dans l'utilisation de commutateurs optiques pour résoudre un goulot d'étranglement dans la transmission de données qui se produit chaque fois que vous essayez de stocker ou de supprimer des données.

"C'est vraiment un domaine de rupture pour fusionner le monde des semi-conducteurs et le monde de l'optique, " Markwalter a déclaré. "[Wagner] travaille à l'intersection de la fibre optique et de la photonique."

Mais même la nanotechnologie a ses limites, dit Smith.

"Nous courons vers les limites de ce qui est physiquement possible avec les technologies actuelles, " Smith a déclaré. "Les défis sont assez immenses. Dans 10 ou 20 ans, il doit y avoir un changement de paradigme fondamental dans la façon dont nous créons des structures. Si nous ne le faisons pas, nous serons pris au même endroit où nous sommes maintenant. »

Comment fonctionne une expérience UC :

Fatemesadat Mohammadi, étudiant diplômé de l'UC, et le professeur de physique associé Hans-Peter Wagner tirent des impulsions laser sur des nanofils semi-conducteurs pour exciter des électrons (appelés excitons) qui servent potentiellement de pompe à énergie pour guider les ondes plasmons sur un film de métal revêtu de quelques nanomètres d'épaisseur sans perte de puissance , une propriété physique gênante appelée résistivité

Ils mesurent la luminescence résultante du nanofil pour observer comment la lumière se couple au film métallique. En envoyant de la lumière sur un film métallique, un processus appelé guidage d'ondes plasmoniques, les chercheurs pourraient un jour transmettre des données avec de la lumière au niveau nano.

« La luminescence est notre intérêt. Alors nous les enduisons et voyons :comment la caractéristique de photoluminescence change-t-elle ? » dit Mohammed.

Pour fabriquer le semi-conducteur, ils utilisent une technique appelée dépôt par faisceau moléculaire organique sous vide poussé (photo ci-dessus) pour étaler des couches organiques et métalliques sur des nanotiges de nitrure de gallium.

L'utilisation de film organique est unique à l'expérience UC, dit Wagner. Le film fonctionne comme un espaceur pour contrôler le flux d'énergie entre les excitons dans le nanofil et l'oscillation d'électrons métalliques appelés plasmons.

La matière organique a l'avantage supplémentaire de contenir également des excitons qui, bien rangé, pourrait soutenir le flux d'énergie dans un semi-conducteur, il a dit.

Le revêtement des nanotiges avec de l'or raccourcit considérablement la durée de vie de l'émission d'excitons, ce qui se traduit par ce qu'on appelle une photoluminescence éteinte. Mais en utilisant des espaceurs organiques entre la nanotige et le film d'or, les chercheurs sont en mesure d'étendre la durée de vie d'émission à presque l'équivalent de nanotiges sans revêtement.

Une fois l'échantillon recouvert d'or est préparé, ils l'emmènent dans une salle de laboratoire adjacente et le soumettent à des impulsions de lumière laser.

Mohammadi a déclaré qu'il avait fallu des jours de travail minutieux pour organiser la petite ville de miroirs et de séparateurs de faisceaux boulonnés à des angles précis sur un établi pour l'expérience (photo ci-dessus à gauche).

Les réactions dans le nanofil ne prennent que 10 picosecondes (ce qui correspond à un trillionième de seconde.) Et les impulsions laser sont encore plus rapides :20 femtosecondes (un chiffre suivi de 15 zéros ou d'un quadrillionième de seconde.)

Le projet UC a utilisé un revêtement en or afin que les expériences puissent être reproduites à une date ultérieure sans risque d'oxydation. Mais les revêtements traditionnels tels que l'argent, Mohamed a dit, tenir encore plus de promesses.