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Légende: Micrographie obtenue par
microscopie électronique en transmission: plusieurs nanofils
de phthalocyanine de cobalt qui se sont développés
sur un fil de phthalocyanine de fer revêtus de particules
d’argent.
Les semi-conducteurs organiques sont des candidats prometteurs pour
la production de micro- et de nanocomposants électroniques
flexibles de grande surface et bon marché tels que des
transistors, des diodes ou des capteurs. Cela à condition
toutefois que l’on parvienne à raccorder
électriquement entre eux ces composants pour créer
ainsi des circuits. Des chercheurs de l’Empa ont maintenant
développé un nouveau procédé qui permet
de réaliser des circuits simples en nanofils organiques.
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A l’origine, le projet UE «PHODYE»
Une fois retourné à Valence après un
séjour de recherche de trois ans à l’Empa, le
physicien espagnol Angel Barranco a lancé le projet
européen «PHODYE» - entre autres aussi avec ses
anciens collègues de l’Empa. Ce projet a pour but de
développer des détecteurs optiques de gaz
ultrasensibles à partir de couches minces fluorescentes dont
la couleur et la fluorescence changent au contact de certaines
molécules de gaz. Des capteurs qui pourraient servir par
exemple pour surveiller les émissions polluantes du trafic
routier ou encore avertir à temps le personnel des
laboratoires ou les mineurs de la présence de gaz
toxiques. |
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«Ce que nous avions tout d’abord imaginé,
c’était une sorte que clé électronique
pour des applications dans le domaine de la
sécurité» explique Pierangelo Gröning. Et
pour cela on avait besoin de couches minces transparentes fortement
fluorescentes. C’est ce qui a conduit Gröning et Barrenco
à développer un procédé de
déposition plasma permettant de déposer en hautes
concentrations sur des couches de SiO2 ou de
TiO2 des molécules de colorants fluorescentes
telles que des métallo-porphyrines, des
pérylènes et des phthalocyanines sans les
décomposer. |
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Rapidement, ils se sont rendu compte que lorsque certaines
molécules de gaz venaient se lier aux particules de
colorant, la fluorescence des colorants changeait de longueur
d’onde et qu’ainsi la couche mince prenait une autre
teinte. En utilisant des colorants différents, il est alors
aussi possible de détecter déjà en très
faibles concentrations différents gaz dangereux pour
l’homme. |
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Une diversité d’utilisation
étonnante
Pour de nombreuses applications, les capteurs doivent
avoir un temps de réponse aussi court que possible – ce
qui n’est guère réalisable avec des couches de
colorants compactes déposées par plasma. Il en irait
autrement des couches présentant une porosité
très élevée – par exemple ayant la forme
d’un «velours de moquette» formé de
nanofils et dont les chercheurs espèrent encore
d’autres avantages. De telles couches permettent
d’augmenter la surface d’adsorption des molécules
des gaz à détecter et raccourcissent encore leurs
voies de diffusion, ce qui diminue le temps de réaction des
capteurs. La physicienne Ana Boras a alors développé
pour cela un nouveau procédé de déposition
sous vide pour la synthèse de nanofils organiques.
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Entre
temps, les chercheurs de l’Empa sont même parvenus
à produire des nanofils aux propriétés des
plus diverses selon les molécules de départ et les
conditions d’essai. Par exemple, des nanofils de
molécules de métallo-phthalocyanines qui
présentent un diamètre de 10 à 50
nanomètres seulement et une longueur pouvant atteindre
jusqu’à 100 micromètres. Ce que ce nouveau
procédé présente de particulier et
d’inattendu c’est que, avec un contrôle
précis de la température du substrat et de son
traitement préalable ainsi que du flux de molécules,
on obtient des nanofils possédant sur toute leur longueur
une structure monocristalline d’une perfection jamais atteinte
jusqu’ici. |
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Légende: Micrographie en microscopie
électronique à balayage: nanolamelles et nanofils
d’octaéthyl-porphyrine de palladium qui se sont
développés sur des nanofils de pérylène
revêtus d’argent |
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Après les premiers examens au microscope
électronique, il était clair pour Gröning que ce
nouveau procédé ne fournissait pas seulement des
nanofils utilisables pour les détecteurs de gaz
envisagés mais aussi pour des circuits électroniques
de nanofils pour des applications (opto)électroniques telles
que des piles solaires, des transistors ou des diodes. Cela parce
que ces divers types de nanofils peuvent se combiner à
volonté entre eux pour créer des circuits aux
propriétés les plus diverses, ainsi que l’on
rapporté Gröning et son équipe dans un article
publié la revue scientifique «Advanced
Materials». |
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L’astuce utilisée pour cela: sur les nanofils
élaborés sur la surface on dépose par
pulvérisation cathodique dans une deuxième
étape des particules d’argent; une cible dans ce cas un
bloc d’argent – est bombardée à l’aide
d’ions haute énergie, ce qui lui arrache des atomes
d’argent qui passent alors dans la phase gazeuse et vont se
déposer sur les nanofils. Ensuite, dans une dernière
étape, les chercheurs de l’Empa font croître sur
ce nanofil originel d’autres nanofils qui, de plus, sont
reliés électriquement avec ce dernier grâce aux
particules d’argent: et voilà créée la
structure de base d’un circuit intégré à
l’échelle nanométrique. |
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Un premier pas de la microélectronique vers la
nanoélectronique
Les résultats des premières mesures de
conductibilité effectuées sous ultravide sur un
microscope à effet tunnel à quatre pointes
spécial ont dépassé toutes les
espérances: ces nanofils sont d’une qualité
extraordinaire. «Ceci nous permettra de produire aussi
bientôt des semi-conducteurs organiques» est convaincu
Gröning. «Et cela de plus avec un procédé
simple et peu coûteux. Entre temps, ces chercheurs sont
parvenus à développer des structures de nanofils
toujours plus complexes et à les relier entre elles avec
toujours plus d’habileté.
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Par
exemple des nanofils formés de différentes
molécules de départ. Si l’on utilise des
molécules qui ne peuvent transporter soit que des charges
positives soit que des charges négatives, on obtient alors
une diode qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens.
Gröning pense qu’il est fort probable qu’un jour on
puisse réaliser ainsi des composants pour la
nanoélectronique et la nanophotonique du futur. |
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