La combinaison de l'électronique et de la lumière infrarouge peut permettre la création de dispositifs petits, rapides et sensibles pour la détection, l'imagerie et la signalisation au niveau moléculaire. Cependant, dans le spectre infrarouge, les matériaux doivent répondre à des exigences de qualité strictes pour leurs cristaux afin de répondre aux exigences de ces fonctions.
Aujourd’hui, les chercheurs ont trouvé un moyen amélioré de fabriquer des cristaux de haute qualité qui résonnent fortement avec la lumière infrarouge. Ils ont testé ces nanocristaux en forme de ruban (« nanoribbons ») à l'aide d'une sonde infrarouge unique. Les nanorubans présentent à ce jour la qualité mesurée la plus élevée pour de tels matériaux. Cette qualité rend les cristaux d'excellentes perspectives d'utilisation dans les appareils infrarouges hautes performances.
Dans leur étude, publiée dans ACS Nano en 2022, les chercheurs ont fabriqué les nanorubans en utilisant une approche appelée dépôt en phase vapeur (FVD). FVD est rapide, peu coûteux et évolutif. Il s'agit d'une amélioration par rapport à une méthode précédente qui utilisait du ruban adhésif pour décoller les couches de matériau d'un matériau en vrac. Le FVD ne nécessite pas non plus de traitements supplémentaires susceptibles d'endommager et de contaminer les cristaux, ce qui réduit leur qualité.
Les nanorubans produits par FVD ont des bords parallèles exceptionnellement lisses qui fonctionnent comme des surfaces réfléchissantes. Cela permet aux nanorubans d’agir naturellement comme des cavités résonantes idéales pour les ondes vibratoires stationnaires. Ces travaux permettent la production directe, rapide et évolutive de résonateurs infrarouges de haute qualité pour la recherche et le développement.
Grâce au FVD, les chercheurs ont cultivé des nanorubans d'oxyde de molybdène (MoO3 ), un matériau qui présente des propriétés potentiellement utiles pour ajuster ses résonances aux fréquences de la lumière infrarouge. Ils ont contrôlé la taille et la forme des échantillons synthétisés en faisant varier la température, la concentration en molybdène et le temps.
Pour mesurer la qualité de ces nanorésonateurs, les chercheurs ont utilisé la nanospectroscopie infrarouge synchrotron (SINS) à l'Advanced Light Source, une installation utilisateur du Bureau des sciences du Département de l'énergie (DOE) du Laboratoire national Lawrence Berkeley. SINS utilise la pointe d'un microscope à force atomique pour focaliser les faisceaux de lumière infrarouge du rayonnement synchrotron vers une taille de point plus petite que la longueur d'onde de la lumière infrarouge.
Les cartes de résonance qui en résultent caractérisent pleinement pour la première fois la réponse infrarouge à ultra-large bande du MoO3 synthétisé par FVD. des nanorubans à haute résolution spatiale et spectrale, détectant des modes de résonance au-delà du 10ème ordre. Les facteurs de qualité, une mesure de la netteté des résonances, fournissent une preuve claire de la haute qualité cristalline des nanorubans synthétisés.
Plus d'informations : Shang-Jie Yu et al, Résonateurs polaritoniques infrarouges de très haute qualité basés sur des nanorubans van der Waals synthétisés de bas en haut, ACS Nano (2022). DOI :10.1021/acsnano.1c10489
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par le Département américain de l'énergie
