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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 dargent. 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 lon parvienne à raccorder électriquement entre eux ces composants pour créer ainsi des circuits. Des chercheurs de lEmpa ont maintenant développé un nouveau procédé qui permet de réaliser des circuits simples en nanofils organiques. |
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A lorigine, le projet UE «PHODYE» Une fois retourné à Valence après un séjour de recherche de trois ans à lEmpa, le physicien espagnol Angel Barranco a lancé le projet européen «PHODYE» - entre autres aussi avec ses anciens collègues de lEmpa. 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 dabord imaginé, cétait 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. Cest 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 donde et quainsi 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 lhomme. |
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Une diversité dutilisation étonnante Pour de nombreuses applications, les capteurs doivent avoir un temps de réponse aussi court que possible ce qui nest 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 dun «velours de moquette» formé de nanofils et dont les chercheurs espèrent encore dautres avantages. De telles couches permettent daugmenter la surface dadsorption 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 lEmpa sont même parvenus à produire des nanofils aux propriétés des plus diverses selon les molécules de départ et les conditions dessai. Par exemple, des nanofils de molécules de métallo-phthalocyanines qui présentent un diamètre de 10 à 50 nanomètres seulement et une longueur pouvant atteindre jusquà 100 micromètres. Ce que ce nouveau procédé présente de particulier et dinattendu cest 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 dune perfection jamais atteinte jusquici. |
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| | Légende: Micrographie en microscopie électronique à balayage: nanolamelles et nanofils doctaéthyl-porphyrine de palladium qui se sont développés sur des nanofils de pérylène revêtus dargent |
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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 lon rapporté Gröning et son équipe dans un article publié la revue scientifique «Advanced Materials». |
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Lastuce utilisée pour cela: sur les nanofils élaborés sur la surface on dépose par pulvérisation cathodique dans une deuxième étape des particules dargent; une cible dans ce cas un bloc dargent est bombardée à laide dions haute énergie, ce qui lui arrache des atomes dargent qui passent alors dans la phase gazeuse et vont se déposer sur les nanofils. Ensuite, dans une dernière étape, les chercheurs de lEmpa font croître sur ce nanofil originel dautres nanofils qui, de plus, sont reliés électriquement avec ce dernier grâce aux particules dargent: et voilà créée la structure de base dun circuit intégré à léchelle 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 dune 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 dhabileté. |
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Par exemple des nanofils formés de différentes molécules de départ. Si lon 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 quil est fort probable quun jour on puisse réaliser ainsi des composants pour la nanoélectronique et la nanophotonique du futur. |
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