Des groupes de recherche de l’Université de Tsukuba et de l’Université de Rennes ont découvert un phénomène nouveau dans lequel une structure imbriquée de nanotubes de carbone enveloppés dans des nanotubes de nitrure de bore facilite une voie de fuite unique pour les électrons lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Cette découverte ouvre des voies prometteuses pour diverses applications, notamment la création de dispositifs optiques à grande vitesse, le contrôle rapide des électrons et d’autres particules et la dissipation efficace de la chaleur des dispositifs.
Des études récentes ont mis en évidence que les matériaux composés de tubes en couches, atomiquement épais et classés comme matériaux de faible dimension, présentent de nouvelles propriétés. Bien que les propriétés statiques de ces structures, telles que la conduction électrique, soient bien documentées, leurs propriétés dynamiques, notamment le transfert d’électrons entre les couches et le mouvement atomique déclenché par l’exposition à la lumière, ont reçu moins d’attention.
Dans cette étude, les chercheurs ont construit des structures cylindriques imbriquées en enveloppant des nanotubes de carbone (CNT) dans des nanotubes de nitrure de bore. Ils ont ensuite examiné le mouvement des électrons et des atomes induit par des impulsions lumineuses ultracourtes sur un matériau unidimensionnel (1D). L’étude est publié dans la revue Communications naturelles.
Le mouvement des électrons a été surveillé à l’aide de la spectroscopie optique ultrarapide à large bande, qui capture les changements instantanés dans les structures moléculaires et électroniques dus à l’irradiation lumineuse avec une précision de dix billionièmes de seconde (10 à 13 s). Le mouvement atomique a été observé grâce à une diffraction électronique ultra-rapide à résolution temporelle, qui a également permis de surveiller la dynamique structurelle avec une précision au dix billionième de seconde.
L’étude a révélé que lorsque différents types de matériaux de faible dimension sont superposés, un chemin ou un canal se forme, permettant aux électrons de s’échapper de sous-parties spécifiques du matériau. De plus, il a été constaté que les électrons excités dans les CNT par exposition à la lumière pouvaient être transférés dans les BNNT via ces canaux électroniques, où leur énergie était rapidement convertie en énergie thermique, facilitant ainsi une conversion thermique extrêmement rapide.
Ces recherches ont mis en évidence un nouveau phénomène physique à l’interface entre deux matériaux différents, offrant non seulement un transport ultra-rapide de l’énergie thermique, mais également des applications potentielles dans le développement de dispositifs optiques ultra-rapides et la manipulation rapide des électrons et des trous générés par la lumière.
Plus d’information:
Yuri Saida et al, Dynamique photoinduite lors du transfert électronique de couches à bande interdite étroite à large dans des matériaux hétérostructurés unidimensionnels, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-48880-3