Vers une nouvelle génération de nanomatériaux optoélectroniques

En créant une nanostructure hybride par ablation laser pulsée (ALP), My Ali El Khakani et son équipe ouvrent la voie à une nouvelle génération de matériaux optoélectroniques. L’agencement de nanotubes de carbone et de nanoparticules de sulfure de plomb (PbS) a été réalisé selon un procédé relativement simple, efficace et offrant une grande latitude pour la réalisation d’autres nanohybrides pour diverses applications. Les travaux du chercheur du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, publiés dans la prestigieuse revue Advanced Materials, offrent des perspectives fort prometteuses pour le développement de dispositifs solaires de troisième génération, de photodétecteurs rapides et de commutateurs optoélectroniques.

Depuis quelques années, la recherche sur les propriétés photoélectroniques des nanoparticules semiconductrices, telles que le PbS, s’est intensifiée. Le couplage de ces nanoparticules à des nanotubes de carbone représente une stratégie prometteuse pour générer efficacement du photocourant. Or, les méthodes de synthèse utilisées par les autres équipes de recherche ont d’importantes limitations. « Dans la synthèse de nanohybrides par des méthodes chimiques, explique le professeur El Khakani, les chercheurs  recourent à des ligands qui empêchent les nanoparticules de s’autoagglomérer. D’autre part, ces ligands limitent le transport efficace des charges des nanoparticules aux nanotubes. » Les ligands réduisent l’efficacité de la photoréponse et augmentent le temps de réaction, deux effets qui ne sont pas observés dans le cas des nanohybrides produits par ALP : le PbS y est en contact atomique direct avec le nanotube.

« Au départ, nous ne savions pas si les hybrides se formeraient de façon à pouvoir les utiliser efficacement en photodétection, raconte Ibrahima Ka, doctorant à l’INRS sous la direction du professeur El Khakani, et en cosupervision avec la professeure Dongling Ma. En optimisant notre approche, nous avons développé des nanohybrides dont la photoactivité peut être contrôlée. » Intégré en dispositif pour mesurer ses propriétés, le nouveau matériau nanohybride réservait d’agréables surprises aux chercheurs. Sa forte photoréponse éclipse les résultats obtenus par d’autres méthodes : elle atteint près de 700 % à 633 nm et 1350 % à 405 nm dans des conditions où les autres ne dépassaient pas les 37 %. De plus, lorsque le matériau est illuminé par un laser, le photocourant est généré en un temps de réponse de 1 000 à 100 000 fois plus rapide que les autres nanohybrides rapportés à ce jour dans la littérature.

Le procédé de synthèse par ALP produit des nanostructures d’une grande pureté, offre un contrôle accru des caractéristiques du nanohybride et les résultats du professeur El Khakani démontrent sans l’ombre d’un doute le grand potentiel de ces nanotubes de carbone décorés de perles de PbS.