Ajuster l'émission optique des nanofeuillets
Le graphène, un feuillet d'atomes de carbone de l'épaisseur d'un atome, a une grande force par rapport à son poids et de nombreuses autres propriétés. Les nanofeuillets bidimensionnels à base de graphène ont été mis sous le feu des projecteurs. En particulier, les composants des métaux de transition comme le titane sont très prometteurs dans les technologies d'énergies renouvelables, de la nano-optoélectronique et la nanocatalyse. L'exploitation complète dépend de la caractérisation détaillée des propriétés optiques et électroniques de ces matériaux. Des scientifiques financés par l'UE ont utilisé la théorie, la simulation et les expériences pour renforcer les connaissances à l'échelle atomique dans le cadre du projet EXPRESS («Understanding and exploiting dielectric response in novel semiconducting nanosheets»). Des résultats remarquables ont été obtenus concernant les propriétés diélectriques de matériaux pour les dispositifs émettant de la lumière dans les systèmes de nitrure de bore hexagonal (hBN) dans la gamme d'ultra-violets (UV) lointains. La motivation principale des travaux était liée au fait que l'émission à fréquence unique ont été possibles uniquement dans des échantillons purs et les fréquences d'émissions multiples dans le hBN commun sont attribuées aux défauts. Néanmoins, le grand nombre d'études expérimentales n'ont pas accompli la corrélation des caractéristiques d'émissions spécifiques aux structures défectueuses identifiées. Les méthodes numériques avancées pour la physique à état solide à plusieurs corps ont démontré que les nombreux spectres et les effets excitoniques dans le hBN brut peuvent être fortement affectés par les distorsions de symétrie. Ces distorsions ont été induites par les défauts d'empilements de cristal et les interactions atomiques associées entre les plans. Les théories ont ensuite été corrélées avec des résultats expérimentaux et ont été utilisées pour une explication correcte. Les résultats EXPRESS ont démontré que l'induction délibérée de défauts d'empilement dans un cristal de hBN pourrait être une manière d'ajuster les spectres d'émissions dans la région des UV lointains. D'un autre côté, l'analyse des spectres complexes peut constituer une façon d'établir une carte de défauts structurels. Enfin, les résultats ont montré que les modèles de physique à états solides à plusieurs corps sont très précis s'ils sont appliqués à la nouvelle classe de matériaux déposés avec un potentiel technologique élevé. Ces outils ne seront pas utiles dans la modélisation prédictive et la formulation d'hypothèses pour la conception efficace des expériences futures. Les connaissances apportées par EXPRESS accéléreront le processus de découverte et le développement de nouveaux produits excitants pour une variété d'applications.
Mots‑clés
Nanofeuillets, simulation, théorie de perturbation de nombreux corps, UV, nitrure de bore hexagonal, émission, défauts, spectres, défaut d'empilement de cristal
