La recherche sur les nanomatériaux s’intéresse aux nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux pour leurs propriétés optoélectroniques qui dépendent fortement de leur composition, de leur taille et de leur morphologie. En particulier, les nanoplaquettes colloïdales ont récemment émergé comme une nouvelle classe de nanomatériaux à puits quantique, avec des propriétés optiques originales lorsqu’elles sont comparées aux
boîtes quantiques. Cependant la difficulté de synthèse et de contrôle structurel de ces nanocristaux reste un défi.
En collaboration avec des chercheurs de l’Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences de Varsovie, des chercheurs de l’Irig présentent une nouvelle approche pour produire des nanoplaquettes de ZnO avec une épaisseur contrôlée (de 3,2 à 7,5 nm) et une stabilité colloïdale durable. Ces nanoplaquettes à base de Zn constituent une alternative attrayante, sans métaux lourds toxiques, aux nanostructures 2D semi-conductrices colloïdales classiques à base de chalcogénure de cadmium.
Au-delà d’une procédure de synthèse originale, basée sur l’hydrolyse contrôlée de complexes organométalliques par H
2O, ce travail révèle le rôle particulier des ligands benzamidine choisis. En utilisant la
polarisation dynamique nucléaire, ou DNP, en phase solide, les chercheurs ont augmenté l’intensité des signaux RMN
15N des ligands de surface sans avoir recours à l’enrichissement isotopique en
15N. Cette approche leur a permis de montrer que ces ligands se trouvent à la fois sur les facettes polaires (plans bsaux) et non polaires (surfaces latérales) des nanocristaux. Cette stabilisation bimodale, où les ligands de synthèse se comportent à la fois comme des
ligands de type X et L, permet l’obtention de nanoplaquettes hexagonales de petites tailles.
Une étude plus approfondie des interactions et de la disposition des ligands de surface est en cours. Ces informations fondamentales sur les interfaces organiques-inorganiques des nanoplaquettes de ZnO faciliteront la conception de nouvelles suspensions colloïdales stables et à taille contrôlée.
Nanoplaquettes ZnO et ses interfaces organique-inorganique. Credit CEA
L’optoélectronique est l’étude des composants électroniques qui émettent de la lumière ou interagissent avec elle.
Boîte quantique : nanoparticule semi-conductrice aux propriétés optiques et électroniques spécifiques de par sa taille nanométrique.
Polarisation dynamique nucléaire ou DNP : la polarisation des électrons non appariés est transférée au noyau afin de pouvoir mieux observer les atomes par RMN. La sensibilité est ainsi améliorée pour obtenir une information sur la nature des liaisons au niveau des interfaces, ici entre les nanoplaquettes et les ligands.
Ligand X ou L : X fournit un seul électron au métal, tandis que L en apporte deux.