ouvrant potentiellement la voie à des ordinateurs avancés, lasers ou dispositifs optiques, Des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont révélé de nouveaux effets dans de minuscules dispositifs électroniques appelés points quantiques.

Dans leur travail, publié récemment dans la revue Lettres nano , les chercheurs ont développé et appliqué des méthodes d'analyse qui aideront à répondre à d'autres questions difficiles pour le développement de matériaux électroniques.

"Nous pouvons maintenant regarder un ensemble de structures que les gens ne pouvaient pas regarder avant, " dit Paul Evans, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UW-Madison. « Dans ces structures, il y a de nouveaux ensembles de problèmes de matériaux cruciaux que nous ne pouvions pas penser à résoudre auparavant."

Les structures qu'Evans et ses collègues ont examinées sont des milliers de fois plus étroites que des feuilles de papier simples, et plus petit que les dimensions des cellules humaines individuelles. Dans ces structures, des points quantiques se forment à l'intérieur d'empilements très minces de matériaux cristallins surmontés d'un arrangement asymétrique d'éléments plats, grêle, électrodes métalliques en forme de doigt. Entre le bout de ces doigts métalliques se trouvent de petits espaces contenant des points quantiques.

Créer des structures aussi précises et regarder à l'intérieur de ces petits espaces est techniquement difficile, cependant, et les points quantiques ne se comportent pas toujours comme prévu.

Travaux antérieurs des collaborateurs d'Evans à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, qui a créé et étudié de manière approfondie les structures d'empilement de cristaux, a conduit à soupçonner que les points quantiques étaient différents de manière importante de ce qui avait été conçu.

Jusqu'à maintenant, mesurer ces différences n'était pas possible.

"Les approches d'imagerie précédentes et la modélisation ne permettaient pas aux gens de caractériser structurellement les dispositifs à points quantiques à cette échelle minuscule, " dit Anastasios Pateras, un chercheur postdoctoral dans le groupe d'Evans et le premier auteur de l'article.

Pateras et ses collègues ont mis au point une stratégie d'utilisation de faisceaux de rayons X très concentrés pour caractériser les dispositifs à points quantiques, et cela reposait sur une nouvelle méthode d'interprétation de la diffusion des rayons X. En utilisant leur approche, ils ont observé des changements dans l'espacement et l'orientation des couches atomiques dans les points quantiques.

"Les points quantiques doivent être proches de la perfection, " dit Evans. "Ce petit écart par rapport à la perfection est important."

La découverte de l'équipe indique que le processus de création des points quantiques - la pose d'électrodes métalliques au sommet d'un cristal cultivé en laboratoire - déforme légèrement le matériau en dessous. Ce plissement crée une tension dans le matériau, conduisant à de petites distorsions dans les points quantiques. Comprendre et exploiter cet effet pourrait aider les chercheurs à créer des points quantiques au meilleur comportement.

« Une fois que vous connaissez ces quantités, alors vous pouvez concevoir des dispositifs qui prennent en compte cette structure, " dit Evans.

Les conceptions tenant compte de ces petites imperfections seront particulièrement importantes pour les futurs appareils où plusieurs milliers de points quantiques doivent tous fonctionner ensemble.

"Cela va être très pertinent parce que, à l'heure actuelle, il existe de multiples sources de points quantiques de décohérence, " dit Pateras.

Les chercheurs développent maintenant un algorithme pour visualiser automatiquement les positions atomiques dans les cristaux à partir de modèles de diffusion des rayons X, étant donné qu'effectuer les calculs nécessaires à la main prendrait probablement trop de temps. En outre, ils explorent comment les techniques pourraient ajouter un aperçu à d'autres structures difficiles à étudier.