Mise en évidence de la piézoélectricité de nanofils de ZnO

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Des chercheurs du Georgia Institute of Technology en collaboration avec le National Center for Nanoscience and Technology de Pékin viennent de mettre en évidence un effet piezoélectrique à l’échelle nanométrique puisqu’observé sur des nanofils de ZnO. Les mesures ont été réalisées sur un réseau de nanofils alignés verticalement sur un substrat d’oxyde d’aluminium qui a été obtenu par un procédé standard de croissance en phase vapeur catalysé par des nanoparticules d’or : les nanofils poussent sous le catalyseur, qui se trouve ainsi repoussé à l’extrémité supérieure du fil, de sorte que les particules d’or peuvent être éliminées facilement en fin de processus par simple évaporation. Les dimensions typiques des nanofils synthétisés sont de 200 à 400 nanomètres de longueur pour des diamètres compris entre 20 et 40 nanomètres. La caractérisation de la topographie et le contrôle de la polarisation électrique sont effectués en utilisant une pointe d’AFM conductrice en silicium recouvert d’une fine couche de platine. Les nanofils sont suffisamment espacés (de l’ordre d’une centaine de nanomètres) pour qu’on puisse les caractériser séparément en déplaçant la pointe à la surface du réseau. Lorsque la pointe mobile d’AFM passe sur un nanofil, elle l’entraîne en le courbant jusqu’à perte du contact. L’enregistrement de la polarisation de la pointe au cours de son déplacement au contact du nanofil fait apparaître un pic que les chercheurs ont pu analyser comme le résultat d’un effet piézoélectrique : la déformation provoquée par la pointe crée un champ de contrainte qui engendre un champ électrique dans le volume du nanofil, et finalement une différence de potentiel le long du nanofil. Le pic de polarisation observé résulte d’un phénomène de charge -décharge à travers la barrière Schottky constituée par le contact platine- ZnO entre la pointe et le nanofil. C’est en fait le couplage entre les propriétés piézoélectriques et semiconductrices du matériau qui est responsable de ce comportement et l’équipe a bien montré qu’on ne l’observe pas avec des nanofils conducteurs ou des matériaux non piezoélectriques. Les chercheurs évaluent la puissance fournie par ce mécanisme à 10pW/micro-m2 et suggèrent qu’en exploitant ces propriétés, on peut penser réaliser des nanogénérateurs susceptibles d’alimenter des micro/nano-dispositifs, et de s’affranchir ainsi de l’utilisation de batteries, bien plus volumineuses et qui incorporent des éléments toxiques.

Source :

Georgia Institute of Technology - http://www.gatech.edu/news-room/release.php?id=932

Rédacteur :

Rémi Delville science@consulfrance-houston.org
Roland Hérino attache.science@consulfrance-houston.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….