Le « rasage » des nanocristaux peut améliorer la conductivité électrique
Les chercheurs trouvent un moyen de réduire les écarts de matériaux qui peuvent permettre la création de matériaux pour les futurs appareils électroniques avancés.
Pour le développement de l’électronique de prochaine génération, qui sera non seulement plus puissante mais probablement plus flexible et encore plus petite, les chercheurs ont besoin de nouveaux matériaux. Ceux qui s’avèrent prometteurs à cette fin, en partie en raison de leur capacité à se développer à partir de nombreux matériaux différents, y compris les métaux, les semi-conducteurs et les aimants, sont les nanocristaux.
Cependant, historiquement, chaque fois que les scientifiques ont assemblé ces nanocristaux en réseaux, les « supercristaux » nouvellement formés se développent avec de longs « cheveux » autour d’eux, ce qui entrave le flux d’électrons et les rend impropres aux applications électroniques.
Maintenant, une équipe de l’Université de Chicago a découvert comment « raser » atomiquement les poils pour faciliter une collaboration plus électrique entre des groupes de nanocristaux, ouvrant la voie à leur utilisation dans de nouveaux dispositifs dotés de capacités avancées.
En effet, les chercheurs appellent les nanocristaux des « blocs de construction super atomiques » pour leur propriété d’accorder de nouvelles capacités – par exemple, laisser les caméras voir dans la gamme infrarouge, a déclaré le professeur Dmitri Talapin de l’Université de Chicago, l’un des chercheurs et scientifique principal du département. du Laboratoire National d’Argonne de l’Energie.
« Mais jusqu’à présent, il était très difficile de les assembler en structures et demandez-leur de se parler », a-t-il déclaré. « Maintenant, pour la première fois, nous n’avons pas à choisir. Il s’agit d’une amélioration transformatrice.
Josh Portner, étudiant diplômé de l’Université de Chicago, recueille des données sur la diffusion des rayons X à partir de minuscules « supercristaux. » Les scientifiques espèrent que ces supernanocristaux pourraient former la base de nouvelles technologies grâce à une nouvelle méthode pour les aider à se parler électroniquement
Observer les processus atomiques
Pour trouver une solution pour raser les poils afin qu’ils puissent resserrer les nanocristaux et réduire les espaces entre eux, les chercheurs ont d’abord dû les observer au niveau atomique.
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des rayons X au Center for Nanoscale Materials à Argonne et à la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource du SLAC National Accelerator Laboratory, ainsi que des simulations et des modèles de la chimie et de la physique en jeu dans les matériaux.
« Lorsque ces écarts sont plus petits que d’un facteur trois, la probabilité que les électrons sautent est environ un milliard de fois plus élevée », a expliqué Talapin dans un communiqué de presse. « Cela change très fortement avec la distance. »
Ce qu’ils ont découvert au cours de leurs observations, c’est que pendant le processus de croissance des supercristaux – dont une partie se fait dans une solution liquide – le matériau subit une transformation unique dans laquelle coexistent des phases gazeuses, liquides et solides.
En contrôlant la chimie de cette étape de manière précise, les chercheurs pourraient créer des cristaux avec des extérieurs plus durs et plus minces qui pourraient être emballés beaucoup plus étroitement, a déclaré Josh Portner, un Ph.D. étudiant en chimie qui a également travaillé sur la recherche. « Comprendre leur comportement de phase a été un énorme pas en avant pour nous », a-t-il déclaré.
Applications potentielles
Grâce à leurs travaux, les chercheurs ont pu développer des règles de conception qui devraient permettre la création de nombreux types différents de matériaux nanocristallins qui maintiennent la conductivité électrique nécessaire aux dispositifs électroniques avancés.
L’équipe a publié un article sur ses travaux dans la revue La science. Bien que la gamme complète des applications de leurs travaux reste floue, les scientifiques envisagent un certain nombre de domaines dans lesquels leur technique pourrait être utile.
« Par exemple, peut-être que chaque cristal pourrait être un qubit dans un ordinateur quantique ; le couplage de qubits dans des tableaux est l’un des défis fondamentaux de la technologie quantique en ce moment », a déclaré Talapin.
Une exploration plus approfondie de l’état intermédiaire inhabituel de la matière observé lors de la croissance des supercristaux est également rare et pourrait fournir des indices aux chimistes sur la manière de construire d’autres types de nouveaux matériaux à l’avenir, a ajouté Portner.
