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Petites ampoules
En déposant des fibres électroluminescentes étroites sur un substrat de silicium à motifs d'électrodes en or, des chercheurs de l'Université Cornell ont créé des sources lumineuses extrêmement petites avec des dimensions de quelques centaines de nanomètres seulement. Les fibres sont constituées d'un polymère incrusté de molécules électroluminescentes, qui s'illuminent lorsqu'elles sont exposées à un champ électrique. Lorsque les chercheurs appliquent une tension aux électrodes, la fibre brille en orange à différents endroits, un peu comme les lumières de Noël, dit Hector Abruna , professeur de chimie et de chimie-biologie à Cornell qui est l'un des leaders du projet.
Lampes nano : Une nanofibre électroluminescente recouvre des électrodes en or distantes de 500 nanomètres. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, un minuscule point de 240 par 325 nanomètres carrés s'allume.
Les chercheurs utilisent une technique simple appelée électrofilage pour déposer les fibres directement sur le substrat. Parce que la méthode est relativement simple, les sources lumineuses doivent être faciles à intégrer dans des dispositifs de laboratoire sur puce, où la lumière peut être utilisée pour détecter des molécules chimiques et biologiques, telles que des médicaments et des protéines, qui pourraient être étiquetées avec des colorants fluorescents. ou pourrait absorber une partie de la lumière. Et parce que les fibres sont faites de polymères, elles pourraient être utilisées dans des écrans flexibles. Vous pouvez imaginer ces [fibres] intégrées dans les vêtements, dit Georges Malliaras , professeur de science des matériaux et d'ingénierie Cornell qui collabore aux travaux avec Abruna et Harold Craighead au Cornell's Center for Nanobiotechnology.
La taille extrêmement petite des sources lumineuses pourrait également conduire à de nouvelles approches de la microscopie, explique Malliaras. Les fibres vont de 150 nanomètres à 5 micromètres de diamètre. Mais les taches électroluminescentes sur les fibres mesurent 240 et 325 nanomètres ou moins. Cela rend les sources lumineuses plus petites que la longueur d'onde de 600 nanomètres de la lumière qu'elles émettent, une propriété qui pourrait être exploitée pour développer de nouvelles méthodes de microscopie.
Pour électrofiler les fibres, les chercheurs placent une minuscule goutte de solution de polymère sur la pointe d'une aiguille en métal. Ensuite, ils appliquent une différence de tension entre la pointe et le substrat de silicium, qui est gravé avec des électrodes d'or et est placé à quelques millimètres. La tension provoque l'allongement de la gouttelette et la formation d'un jet qui s'écoule vers le substrat. Au fur et à mesure qu'il descend, le solvant s'évapore et des fibres polymères durcies se déposent sur le substrat recouvert d'électrodes.
Le polymère dans ce cas contient des molécules à base de ruthénium, qui émettent de la lumière lorsqu'elles sont soumises à un courant électrique. Lorsque les chercheurs appliquent une tension aux électrodes en or, de minuscules taches sur les tronçons de fibre couvrant les électrodes adjacentes brillent en orange. À des tensions élevées de 100 volts, la lumière est suffisamment brillante pour que les chercheurs puissent la voir dans l'obscurité malgré la petite taille des émetteurs. Je dirais que [ceci] est une percée dans la façon dont les sources lumineuses nanométriques sont fabriquées, dit Stefan Bernhard , professeur de chimie à l'Université de Princeton.
La technique de l'électrofilage offre de multiples avantages. En utilisant cette méthode, on devrait être capable de fabriquer des fibres d'un diamètre de 50 nanomètres ou moins, ce qui pourrait conduire à des sources lumineuses encore plus petites, explique Malliaras. De plus, la technique devrait rendre la fabrication d'émetteurs de lumière à l'échelle nanométrique sur des dispositifs pratiques de laboratoire sur puce relativement facile, même s'il faudrait encore graver les électrodes en or.
L'aspect distinctif et extrêmement intéressant de ce travail est la taille infime des sources lumineuses qu'ils décrivent, dit Jean de Mello , qui étudie les dispositifs électroluminescents organiques à l'échelle nanométrique à l'Imperial College de Londres. Jusqu'à présent, les dispositifs électroluminescents organiques mesuraient généralement environ un millimètre carré, dit-il, ce qui est idéal pour les applications de laboratoire sur puce standard, telles que la détection de bactéries ou de protéines. Mais les sources lumineuses de la taille du nanomètre seraient importantes pour les applications de niche nécessitant une vitesse et une très petite résolution, par exemple, surveiller le déroulement d'une réaction chimique lorsque les produits chimiques s'écoulent dans les canaux microfluidiques. Cette approche offre un moyen d'améliorer considérablement la résolution de telles mesures, dit de Mello.
De nombreuses recherches restent cependant à faire. Pour toute application pratique, les chercheurs auraient besoin de contrôler avec précision la disposition des fibres sur le substrat de silicium. Mais ce travail est une première étape dans la fabrication de sources lumineuses à l'échelle nanométrique à l'aide d'une méthode simple, explique Malliaras.
Dit de Mello, Une fois que l'on sait qu'il existe un moyen peu coûteux de fabriquer des sources lumineuses sous-longueur d'onde, vous pouvez être sûr que quelqu'un leur trouvera une utilité. C'est la vraie passion de ce genre de travail.