Les nanofils semi-conducteurs unidimensionnels à fort effet de confinement quantique – les fils quantiques (QW) – présentent un grand intérêt pour les applications en optoélectronique avancée et les conversions photochimiques. Au-delà de ceux contenant du Cd à la pointe de la technologie, les QW ZnSe, en tant que semi-conducteur sans métal lourd représentatif, ont montré le plus grand potentiel pour les applications respectueuses de l’environnement de nouvelle génération.
Malheureusement, les nanofils de ZnSe produits jusqu’à présent sont largement limités au régime de confinement quantique fort avec absorption de la lumière proche du violet ou au régime massif avec des caractéristiques d’excitons indiscernables. Les manipulations simultanées, à la demande et de haute précision sur leurs tailles radiales et axiales – qui permettent un fort confinement quantique dans la région de la lumière bleue – ont jusqu’à présent été difficiles, ce qui entrave considérablement leurs applications ultérieures.
Dans un nouvel article publié dans le Examen scientifique national, une équipe de recherche dirigée par le professeur YU Shuhong de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a rapporté la synthèse à la demande de QW ZnSe actifs à la lumière bleue de haute qualité en développant une approche synthétique flexible en deux étapes. stratégie de croissance catalytique qui permet des contrôles indépendants, de haute précision et à grande échelle sur le diamètre et la longueur des QW ZnSe. De cette façon, ils comblent le fossé entre les QW ZnSe de taille magique antérieurs et les nanofils ZnSe de type vrac.
Les chercheurs ont découvert qu’une nouvelle orientation épitaxiale entre les pointes de catalyseur en phase cubique et les QW wurtzite ZnSe favorise cinétiquement la formation de QW ultraminces et sans défaut d’empilement. Le fort confinement quantique, le contrôle de la taille à haut degré et l’absence de phases mixtes conduisent ensemble à leur absorption excitonique ultra-étroite bien définie dans la région de la lumière bleue avec une pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) inférieure à 13 nm. Après passivation au thiol de surface, ils ont en outre éliminé les pièges à électrons de surface dans ces QW ZnSe, ce qui a entraîné des porteurs de charge à longue durée de vie et une conversion solaire-H2 à haut rendement.
On pense que la stratégie de croissance catalysée en deux étapes est générale pour une variété de nanofils colloïdaux. L’accès à ces nanofils de haute qualité offrirait ainsi une bibliothèque de matériaux polyvalente pour des applications sans métaux lourds dans les combustibles solaires et l’optoélectronique à l’avenir.
Yi Li et al, sur demande définissant des fils quantiques colloïdaux ZnSe actifs à la lumière bleue de haute qualité, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac025