Des nanofils supramoléculaires intégrés pour une photodétection rapide

30 septembre 2016

Résultats scientifiques Matériaux

Les nanofils supramoléculaires sont des composants que l’on retrouve dans de nombreux dispositifs optoélectroniques qui convertissent l’énergie lumineuse en courant. Cependant, la fabrication de dispositifs à base de nanofils reste encore difficile. Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie et du Laboratoire des nanostructures de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg), en collaboration avec l’Université de Nova Gorica (Slovénie), ont mis au point un nouveau processus de fabrication simple à mettre en œuvre. Ils sont ainsi parvenus à intégrer des nanofils supramoléculaires dans un réseau présentant des (nano)électrodes. Ils ont obtenu une conversion photovoltaïque de haute efficacité, ouvrant ainsi la voie à la réalisation de dispositifs optoélectroniques basés sur des nanostructures organiques. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Nanotechnology.

Les nanofils supramoléculaires constitués de briques organiques semi-conductrices auto-assemblées sont des composants appropriés pour le développement de dispositifs optoélectroniques en raison de leurs propriétés optiques (absorption et sensibilité à la lumière), électroniques (transport de porteurs de charge) et morphologiques (rapport surface sur volume) supérieures. La fabrication de dispositifs à base de nanofils organiques reste toutefois difficile, principalement à cause d’un manque de contrôle du contact entre le nanofil et les électrodes.

Des équipes du Laboratoire de nanochimie et du Laboratoire des nanostructures de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires ont ainsi développé une nouvelle stratégie pour connecter simultanément des centaines de nanofils supramoléculaires à des nanoélectrodes et assurer une collecte directe et efficace de l’énergie lumineuse. A cet effet, un réseau en nid-d’abeilles de millions de nanoélectrodes en forme de puits a été fabriqué en combinant lithographie par nanosphères et gravure ionique réactive. Un semi-conducteur organique de type n (transporteur d’électrons) disponible dans le commerce a été choisi comme brique moléculaire pour former des nanofils supramoléculaires robustes.

Après auto-assemblage des nanofils, dépôt sur la structure à nanomailles et traitement thermique sous atmosphère inerte, un effet photovoltaïque attribué à l’absorption de la lumière par les nanofils supramoléculaires a été observé. Les dispositifs photoniques présentent alors des caractéristiques exceptionnelles, comme un rapport signal sur bruit élevé (10⁷), un temps de photoréponse ultra-rapide (10 ns) et une efficacité supérieure à 55%.

Ces résultats sont prometteurs pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques de haute performance basés sur des nanostructures organiques, comme par exemple des diodes électroluminescentes.