Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) s'efforcent de fabriquer de meilleurs appareils électroniques en explorant la manière dont les nanocristaux sont disposés à l'intérieur.

Les nanocristaux sont des blocs de construction prometteurs pour des appareils électroniques nouveaux et améliorés, en raison de leurs propriétés de taille ajustable et de leur capacité à s'intégrer dans des appareils à faible coût.

Alors que la structure des nanocristaux a été largement étudiée, personne n'a pu observer le processus d'assemblage complet.

C'est là que les scientifiques du LLNL Christine Orme, Yixuan Yu, Babak Sadigh et un collègue de l'Université de Californie, Los Angeles entre.

"Nous pensons que la situation peut être améliorée si des informations quantitatives détaillées sur le processus d'assemblage des nanocristaux pouvaient être identifiées et si le processus de cristallisation était mieux contrôlé, " dit Orme, un scientifique des matériaux LLNL et auteur correspondant d'un article paru dans la revue Communication Nature .

Les nanocristaux à l'intérieur des appareils forment des ensembles, dont les propriétés physiques collectives, comme la mobilité des porteurs de charge, dépendent à la fois des propriétés des nanocristaux individuels et de la façon dont ils sont disposés. En principe, ensembles ordonnés de nanocristaux, ou super-réseaux, permettent un meilleur contrôle du transport de charge en facilitant la formation de minibandes. Cependant, en pratique, peu de dispositifs construits à partir de super-réseaux de nanocristaux commandés sont sur le marché.

La plupart des études précédentes utilisent des méthodes d'évaporation de solution pour générer des super-réseaux de nanocristaux et sonder le processus d'assemblage à mesure que le solvant est progressivement éliminé. Il est difficile d'obtenir des informations quantitatives sur le processus d'assemblage, cependant, parce que le volume et la forme de la solution de nanocristal changent continuellement de manière incontrôlable et que les forces capillaires peuvent entraîner le mouvement des nanocristaux pendant le séchage.

La croissance induite par le champ électrique offre une solution à ce problème. "Nous avons récemment démontré qu'un champ électrique peut être utilisé pour piloter l'assemblage de pièces bien ordonnées, des super-réseaux de nanocristaux 3D, " dit Orme.

Parce que le champ électrique augmente la concentration locale sans changer le volume, forme ou composition de la solution de nanocristal, le système de cristallisation peut être sondé quantitativement sans complications associées aux forces capillaires ou à la diffusion des interfaces de séchage.

Comme anticipé, l'équipe a découvert que le champ électrique pousse les nanocristaux vers la surface, créant un gradient de concentration qui conduit à la nucléation et à la croissance de super-réseaux. Étonnamment, le champ trie également les particules en fonction de leur taille. En substance, le champ électrique à la fois concentre et purifie la solution de nanocristal pendant la croissance.

"En raison de cet effet de tri par taille, les cristaux du superréseau sont mieux ordonnés et la taille des nanocristaux dans le réseau peut être ajustée au cours de la croissance, " dit Orme. "Cela pourrait être un outil utile pour les appareils optoélectroniques. Nous travaillons actuellement sur des détecteurs infrarouges et pensons que cela pourrait être une stratégie intéressante pour améliorer la couleur des moniteurs."