L’union de l’électronique et de la lumière infrarouge ouvre la voie à des dispositifs de petite taille, rapides et sensibles pour la détection, l’imagerie et la signalisation au niveau moléculaire. La réalisation de tels dispositifs nécessite des matériaux de haute qualité.
Des chercheurs ont mis au point une méthode améliorée pour produire des nanocristaux de haute qualité qui résonnent fortement avec la lumière infrarouge.
Ces nanocristaux en forme de ruban, appelés « nanorubans », ont été testés à l’aide d’une sonde infrarouge unique. Ils présentent la plus haute qualité mesurée à ce jour pour de tels matériaux, ce qui en fait d’excellents candidats pour une utilisation dans des dispositifs infrarouges de haute performance.
L’impact de cette découverte
Les chercheurs ont fabriqué les nanorubans en utilisant une approche appelée dépôt de vapeur à la flamme (FVD).
Le FVD est rapide, peu coûteux et évolutif. Il améliore une méthode précédente qui utilisait du ruban adhésif pour enlever des couches de matériau d’un matériau en vrac. Le FVD n’exige pas de traitements supplémentaires qui peuvent endommager et contaminer les cristaux, réduisant ainsi leur qualité.
Les nanorubans produits par FVD ont des bords exceptionnellement lisses et parallèles qui fonctionnent comme des surfaces réfléchissantes. Cela permet aux nanorubans d’agir naturellement comme des cavités de résonance idéales pour les ondes vibratoires stationnaires.
Résumé de la recherche
En utilisant le FVD, les chercheurs ont fait pousser 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 les tailles et les formes des échantillons synthétisés en variant la température, la concentration de molybdène et le temps.
Pour mesurer la qualité de ces nanorésonateurs, les chercheurs ont utilisé la Nano-Spectroscopie Infrarouge Synchrotron (SINS) à la Source de Lumière Avancée, une installation de l’Office of Science du Département de l’Énergie (DOE) au Laboratoire National Lawrence Berkeley.
Le SINS utilise la pointe d’un microscope à force atomique pour focaliser les faisceaux de lumière infrarouge de la radiation synchrotron sur une taille de spot plus petite que la longueur d’onde de la lumière infrarouge.
En synthèse
La recherche a permis la production directe, rapide et évolutive de résonateurs infrarouges de haute qualité pour la recherche et le développement. Les nanorubans de MoO3 synthétisés par FVD ont montré une réponse infrarouge ultralarge pour la première fois avec une haute résolution spatiale et spectrale, détectant des modes de résonance au-delà du 10ème ordre.
Les facteurs de qualité, qui sont une mesure de la netteté des résonances, fournissent une preuve claire de la haute qualité des cristaux des nanorubans synthétisés.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le dépôt de vapeur à la flamme (FVD) ?
Le dépôt de vapeur à la flamme (FVD) est une méthode rapide, peu coûteuse et évolutive utilisée pour fabriquer des nanorubans de haute qualité. Il améliore une méthode précédente qui utilisait du ruban adhésif pour enlever des couches de matériau d’un matériau en vrac.
Quels sont les avantages des nanorubans produits par FVD ?
Les nanorubans produits par FVD ont des bords exceptionnellement lisses et parallèles qui fonctionnent comme des surfaces réfléchissantes. Cela permet aux nanorubans d’agir naturellement comme des cavités de résonance idéales pour les ondes vibratoires stationnaires.
Qu’est-ce que l’oxyde de molybdène (MoO3) ?
L’oxyde de molybdène (MoO3) est un matériau qui présente des propriétés potentiellement utiles pour ajuster ses résonances aux fréquences de la lumière infrarouge.
Comment la qualité des nanorésonateurs a-t-elle été mesurée ?
La qualité des nanorésonateurs a été mesurée à l’aide de la Nano-Spectroscopie Infrarouge Synchrotron (SINS) à la Source de Lumière Avancée, une installation de l’Office of Science du Département de l’Énergie (DOE) au Laboratoire National Lawrence Berkeley.
Qu’est-ce que les facteurs de qualité ?
Les facteurs de qualité sont une mesure de la netteté des résonances. Ils fournissent une preuve claire de la haute qualité des cristaux des nanorubans synthétisés.
Article : « Ultrahigh-Quality Infrared Polaritonic Resonators Based on Bottom-Up-Synthesized van der Waals Nanoribbons » – DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10489
Légende illustration principale : La pointe d’un microscope à force atomique (AFM) concentre la lumière infrarouge (IR) d’un faisceau de rayons X sur un point minuscule, ce qui permet aux chercheurs de détecter les vibrations du réseau d’un nanocristal ultrafin, semblable à un ruban (jaune). Credit: Image courtesy of Lawrence Berkeley National Laboratory and Stanford University
