Des études récentes menées dans le cadre de Dynacom ont montré que les matériaux de faible dimension, composés de tubes à couches atomiquement épaisses, présentent de nouvelles propriétés. Les chercheurs ont créé des structures en enveloppant des nanotubes de carbone (CNT) dans des nanotubes de nitrure de bore (BNNT) et ont utilisé la spectroscopie optique ultrarapide et la diffraction électronique résolue dans le temps pour surveiller le mouvement des électrons et des atomes. Ils ont découvert que les électrons pouvaient se transférer entre les couches, convertissant rapidement leur énergie en énergie thermique. Cette découverte révèle un nouveau phénomène physique à l’interface de ces matériaux, suggérant des applications potentielles dans les dispositifs optiques ultrarapides et la manipulation électronique. Image d'une structure imbriquée de nanotubes de carbone enveloppés dans des nanotubes de nitrure de bore sous photoexcitation. Crédit : Université de Tsukuba
Les recherches montrent des transferts électroniques et thermiques rapides dans les matériaux stratifiés, ce qui facilite la technologie optique.
Les chercheurs ont identifié de nouvelles caractéristiques de matériaux en couches de faible dimension qui permettent des transferts rapides d'électrons et d'énergie thermique, pointant vers des améliorations potentielles dans les technologies optiques ultrarapides et diverses autres applications.
Dans le cadre d'un travail collaboratif dans le cadre de Dynacom (Laboratoire franco-japonais), 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). 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 (10−13 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 des dizaines de milliards de secondes. précision.
Découverte de nouveaux phénomènes physiques
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.
Ce travail a été soutenu par les subventions d’aide JSPS Kakenhi (n° JP18H05208 (SK), JP22KK0225 (MH) et JP23H01101 (MH)) et le programme FOREST de l’agent technologique japonais (JST) (n° JPMJFR211V (MH)). RB remercie l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour la subvention de financement ANR-21-CE30-0011-01 CRITICLAS.