Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur de l'ETH Zurich David Norris a développé un modèle pour clarifier le mécanisme général de la formation des nanoplaquettes. En utilisant de la pyrite, ils ont également réussi à confirmer leur théorie.

Les scientifiques étudient les points quantiques colorés lumineux (QD) depuis les années 1980. Ces nanocristaux font désormais partie de notre quotidien :l'industrie électronique les utilise dans les téléviseurs LCD pour améliorer la reproduction des couleurs et la qualité de l'image.

Les points quantiques sont des nanocristaux sphériques constitués d'un matériau semi-conducteur. Lorsque ces cristaux sont excités par la lumière, ils brillent en vert ou en rouge - selon leur taille, qui est typiquement comprise entre 2 et 10 nanomètres. Les formes sphériques peuvent être produites de manière hautement contrôlée.

Cristaux ultra-fins rectangulaires

Il y a quelques années, un nouveau type de nanocristal a attiré plus ou moins par hasard l'attention des chercheurs :les nanoplaquettes. Comme les points quantiques, ces structures bidimensionnelles ne mesurent que quelques nanomètres, mais avoir un plat plus uniforme, Forme rectangulaire. Ils sont extrêmement fins, souvent juste la largeur de quelques couches atomiques, donnant aux plaquettes l'une de leurs propriétés les plus frappantes - leur couleur extrêmement pure.

Jusqu'à présent, le mécanisme expliquant la formation de telles plaquettes était un mystère. En collaboration avec un chercheur américain, Le professeur de l'ETH David Norris et son équipe ont désormais résolu ce mystère :« Nous savons maintenant qu'il n'y a pas de magie impliquée dans la production de nanoplaquettes, juste de la science" a souligné le professeur de génie des matériaux.

Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue scientifique Matériaux naturels , les chercheurs montrent comment les nanoplaquettes de séléniure de cadmium prennent leur forme plate particulière.

Croissance sans modèle

Les chercheurs avaient précédemment supposé que ce formulaire très précis nécessitait un type de modèle. Les scientifiques soupçonnaient qu'un mélange de composés spéciaux et de solvants produisait un modèle dans lequel ces nanocristaux plats se formaient ensuite.

Cependant, Norris et ses collègues n'ont trouvé aucune preuve que de tels modèles de formes aient joué un rôle. Au contraire, ils ont découvert que les plaquettes peuvent se développer par simple fusion des matières premières carboxylate de cadmium et sélénium, sans aucun solvant.

Modèle de croissance théorique conçu

L'équipe a ensuite pris ces connaissances et développé un modèle théorique pour simuler la croissance des plaquettes. Grâce à ce modèle, les scientifiques montrent qu'un noyau cristallisé se forme spontanément avec seulement quelques atomes de cadmium et de sélénium. Ce noyau cristallisé peut se dissoudre à nouveau et se reconfigurer sous une forme différente. Cependant, une fois qu'il a dépassé une taille critique, il se développe pour former une plaquette.

Pour des raisons énergétiques, le cristal plat ne pousse que sur son petit côté, jusqu'à 1, 000 fois plus rapide que sur son côté plat. La croissance du côté plat est nettement plus lente car elle impliquerait plus d'atomes mal liés en surface, besoin d'énergie pour les stabiliser.

Modèle vérifié expérimentalement

Finalement, les chercheurs ont également réussi à confirmer expérimentalement leur modèle en créant des nanoplaquettes de pyrite (FeS2) en laboratoire. Ils ont produit les plaquettes exactement selon la prédiction du modèle en utilisant des ions fer et soufre comme substances de base.

"C'est très intéressant que nous ayons pu produire ces cristaux pour la première fois avec de la pyrite, " dit Norris. " Cela nous a montré que nous pouvons étendre nos recherches à d'autres matériaux. " Le séléniure de cadmium est le matériau semi-conducteur le plus couramment utilisé dans la recherche de nanocristaux. il est hautement toxique et donc impropre à un usage quotidien. L'objectif des chercheurs est de produire des nanoplaquettes à partir de substances moins toxiques ou non toxiques.

Donner le feu vert au développement

Maintenant, Norris ne peut que spéculer sur le potentiel futur des nanoplaquettes. Il dit qu'ils peuvent être une alternative intéressante aux points quantiques car ils offrent plusieurs avantages; par exemple, ils peuvent générer des couleurs telles que le vert mieux et plus vives. Ils transmettent également l'énergie plus efficacement, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans les cellules solaires, et ils conviendraient également aux lasers.

Cependant, ils ont aussi plusieurs inconvénients. Points quantiques, par exemple, permettent une couleur variable à l'infini grâce à la formation de cristaux de tailles variables. Ce n'est pas le cas dans le cas des plaquettes :en raison de la stratification des couches atomiques, la couleur ne peut être modifiée que progressivement. Heureusement, cette limitation peut être atténuée avec certains "trucs" :par encapsulation des plaquettes dans un autre semi-conducteur, la longueur d'onde de la lumière émise peut être réglée plus précisément.

Seul le temps nous dira si cette découverte suscitera l'intérêt de l'industrie de l'affichage. Certaines entreprises utilisent actuellement la technologie LED organique (OLED), tandis que d'autres utilisent des points quantiques. L'évolution de la technologie n'est pas claire. Cependant, la capacité d'étudier une grande variété de matériaux nanoplaquettes grâce à ce travail peut fournir un nouvel avantage à l'approche des nanocristaux semi-conducteurs.