Les chercheurs cultivent des réseaux précis de nanoLED

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Les pérovskites aux halogénures constituent une famille de matériaux qui ont attiré l'attention pour leurs propriétés optoélectroniques supérieures et leurs applications potentielles dans des dispositifs tels que les cellules solaires hautes performances, les diodes électroluminescentes et les lasers.

Ces matériaux ont été largement mis en œuvre dans des applications de dispositifs à couches minces ou de taille micrométrique. L'intégration précise de ces matériaux à l'échelle nanométrique pourrait ouvrir la voie à des applications encore plus remarquables, telles que les sources de lumière sur puce, les photodétecteurs et les memristors. Cependant, réaliser cette intégration reste un défi car ce matériau délicat peut être endommagé par les techniques conventionnelles de fabrication et de modelage.

Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs du MIT ont créé une technique qui permet de cultiver des nanocristaux de pérovskite aux halogénures individuels sur place, là où cela est nécessaire, avec un contrôle précis de l'emplacement, à moins de 50 nanomètres. (Une feuille de papier a une épaisseur de 100 000 nanomètres.) La taille des nanocristaux peut également être contrôlée avec précision grâce à cette technique, ce qui est important car la taille affecte leurs caractéristiques. Étant donné que le matériau est cultivé localement avec les caractéristiques souhaitées, les étapes de structuration lithographique conventionnelles qui pourraient introduire des dommages ne sont pas nécessaires.

La technique est également évolutive, polyvalente et compatible avec les étapes de fabrication conventionnelles, de sorte qu’elle peut permettre aux nanocristaux d’être intégrés dans des dispositifs fonctionnels à l’échelle nanométrique. Les chercheurs l’ont utilisé pour fabriquer des réseaux de diodes électroluminescentes à l’échelle nanométrique (nanoLED) – de minuscules cristaux qui émettent de la lumière lorsqu’ils sont activés électriquement. De tels réseaux pourraient avoir des applications dans les domaines de la communication optique et de l’informatique, des microscopes sans lentille, de nouveaux types de sources de lumière quantique et des écrans haute densité et haute résolution pour la réalité augmentée et virtuelle.

« Comme le montrent nos travaux, il est essentiel de développer de nouveaux cadres d’ingénierie pour l’intégration des nanomatériaux dans des nanodispositifs fonctionnels. En dépassant les frontières traditionnelles de la nanofabrication, de l'ingénierie des matériaux et de la conception de dispositifs, ces techniques peuvent nous permettre de manipuler la matière aux dimensions extrêmes de l'échelle nanométrique, nous aidant ainsi à réaliser des plates-formes de dispositifs non conventionnelles importantes pour répondre aux besoins technologiques émergents », déclare Farnaz Niroui, de l'EE. Landsman Career Development Professeur adjoint de génie électrique et d'informatique (EECS), membre du Laboratoire de recherche en électronique (RLE) et auteur principal d'un nouvel article décrivant le travail.

Les co-auteurs de Niroui incluent l'auteur principal Patricia Jastrzebska-Perfect, étudiante diplômée de l'EECS ; Weikun « Spencer » Zhu, étudiant diplômé au Département de génie chimique ; Mayuran Saravanapavanantham, Sarah Spector, Roberto Brenes et Peter Satterthwaite, tous étudiants diplômés de l'EECS ; Zheng Li, postdoctorant RLE ; et Rajeev Ram, professeur de génie électrique. La recherche est publiée aujourd'hui dans Nature Communications.

De minuscules cristaux, d’énormes défis

L’intégration de pérovskites aux halogénures dans des dispositifs à l’échelle nanométrique sur puce est extrêmement difficile à l’aide des techniques de fabrication conventionnelles à l’échelle nanométrique. Dans une approche, un mince film de pérovskites fragiles peut être modelé à l'aide de procédés lithographiques, qui nécessitent des solvants susceptibles d'endommager le matériau. Dans une autre approche, des cristaux plus petits sont d'abord formés dans la solution, puis prélevés et placés dans la solution selon le motif souhaité.

"Dans les deux cas, il y a un manque de contrôle, de résolution et de capacité d'intégration, ce qui limite la manière dont le matériau peut être étendu aux nanodispositifs", explique Niroui.