Schéma du phénomène :lumière, qui heurte les films des nanoclusters, favorise le flux de charge entre les deux électrodes. Crédit :Galchenko/Klinke :Université de Hambourg/Université de Swansea
De minuscules nanoamas d'atomes métalliques, tels que l'or et l'argent, ont des propriétés qui signifient qu'ils peuvent être utilisés comme semi-conducteurs, une équipe de recherche conjointe Swansea-Hambourg a découvert.
La découverte ouvre la porte à un large éventail de nouvelles applications potentielles, des écrans de téléphone et des écrans plus plats à la technologie portable.
Les semi-conducteurs sont au cœur de l'électronique moderne. Parmi leurs nombreuses utilisations figurent les dispositifs d'affichage pour téléphones mobiles et téléviseurs, détecteurs de lumière, et des cellules solaires pour fournir de l'énergie.
Les deux principaux types de semi-conducteurs à base de particules déjà utilisés sont les points quantiques colloïdaux et les semi-conducteurs organiques. Ces matériaux sont à l'échelle nanométrique. Leur petite taille les soumet à un phénomène appelé confinement quantique, ce qui entraîne des modifications de leurs propriétés optiques et électroniques. Ces changements les rendent adaptés aux applications prévues.
Les nanoclusters métalliques combinent les aspects de ces deux autres matériaux. Comme des points quantiques colloïdaux, ils sont très stables. Comme les semi-conducteurs organiques, ils sont atomiquement précis, ou moléculaire, contenant un certain nombre d'atomes dans leur noyau métallique.
Cependant, malgré qu'il contienne tous les bons ingrédients, il n'avait jamais été démontré auparavant que les nanoclusters métalliques présentent des propriétés semi-conductrices.
C'est là que l'équipe Swansea-Hamburg a fait la percée.
L'équipe a conçu un moyen de fabriquer des films de nanoclusters constitués de 25 atomes d'or (Au25). Ils ont ensuite observé que les nanoclusters présentaient des propriétés semi-conductrices. Spécifiquement, ils ont observé l'effet de champ et la photoconductivité dans des phototransistors constitués de ces films. Ces propriétés uniques sont les caractéristiques de tous les matériaux semi-conducteurs.
L'équipe est composée de chercheurs du département de chimie de l'université de Swansea et de l'université de Hambourg en Allemagne.
Le professeur Christian Klinke du département de chimie de l'Université de Swansea a expliqué les applications potentielles de cette découverte :
Modèle des amas d'or atomiquement précis avec 25 atomes d'or et molécules de ligand stabilisantes. Crédit :Galchenko/Klinke :Université de Hambourg/Université de Swansea
"La découverte de propriétés semi-conductrices dans des nanoclusters métalliques pourrait ouvrir la voie à une variété de nouvelles applications, des transistors à effet de champ et des photodétecteurs aux diodes électroluminescentes et aux cellules solaires.
Ces dispositifs pourraient être fabriqués sur des bases souples. De nombreux nanoclusters métalliques, y compris ceux que nous avons étudiés dans ce rapport, ont une stabilité presque infinie, ce qui pourrait les rendre adaptées aux applications d'impression à jet d'encre.
Nous devons nous appuyer sur cette découverte et affiner davantage la technique. Mais cette découverte montre la voie à suivre. Cela montre que nous pouvons utiliser des nanoclusters métalliques pour produire des films semi-conducteurs de haute qualité faciles à assembler. »
D'autres chercheurs de l'équipe ont expliqué d'autres applications potentielles :
Le Dr Andrés Black de l'Université de Hambourg a déclaré :
"L'affinité du noyau métallique pour différentes fonctionnalités moléculaires pourrait en faire des capteurs de gaz très sensibles"
Michel Galtchenko, également de l'Université de Hambourg a déclaré:
"L'intégration avec d'autres matériaux de faible dimension pourrait produire des hétérostructures avec des fonctionnalités nouvelles et intéressantes."
Professeur Owen Guy, chef du département de chimie de l'Université de Swansea, mentionné:
« Les semi-conducteurs sont au cœur de notre travail ici à Swansea, à la fois dans notre département de chimie et dans notre Center for NanoHealth. Le travail de Christian est très excitant pour les matériaux semi-conducteurs de nouvelle génération, un domaine dans lequel l'Université de Swansea dirige l'activité, avec nos partenaires industriels.
Ces découvertes, rendu possible par nos liens étroits avec Hambourg, sont une avancée significative dans le domaine. Il montre que pour la recherche, quant à l'enseignement, notre département de chimie est à l'avant-garde".
Les résultats ont été publiés dans la revue, Matériaux avancés .
