Les nanotubes n'émettent généralement pas ou peu de lumière, car leurs défauts de surface favorisent les recombinaisons non-radiatives (sans émission de photon). Les chercheurs de l'Inac ont contourné cette difficulté en développant une nouvelle famille de nanotubes, dont les parois sont constituées d'une structure en mille-feuilles à base de « puits quantiques », d'épaisseur 60 nanomètres. Couramment utilisés dans les diodes électroluminescentes et les diodes laser à semi-conducteur, les puits quantiques sont en effet connus pour leurs propriétés optiques remarquables dues au confinement des électrons.
Pour fabriquer de tels nanotubes, les physiciens ont d'abord réalisé des nanofils de GaN sur substrat de saphir. À l'aide du même équipement, ils les ont ensuite « enrobés » d'une hétérostructure radiale à puits quantiques GaN/InAlN, déposée par épitaxie en phase vapeur à partir de composés organométalliques. Enfin, ils ont recuit les nanofils
in situ sous un mélange H
2/NH
3. Dans ces conditions, seuls les nanofils centraux en GaN sont attaqués, ce qui conduit à la formation de nanotubes à puits quantiques. Des analyses structurales et optiques montrent que ces derniers ne sont pas dégradés par le recuit.
Les nanotubes ainsi obtenus présentent un excellent rendement d'émission de lumière dans la gamme UV (330 nm) jusqu'à température ambiante. Ce résultat ouvre la voie à la production de nouveaux dispositifs optiques à nanotubes, allant de sources UV à des capteurs chimiques ou biologiques.
Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec l'EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse). L'étude a reçu le soutien du programme franco-suisse « Partenariats Hubert Curien et Germaine de Staël » et du Labex LANEF.