Le nitrure de gallium (GaN), un matériau central pour les LED et l’électronique, peut désormais être obtenu sous forme de nanocristaux. L’étude a été publiée le 15 juillet dans Nature.
Un nanocristal est un cristal dont les dimensions se mesurent en milliardièmes de mètre. À cette échelle, ses propriétés optiques et électroniques peuvent différer de celles du matériau massif. Ces particules peuvent aussi être dispersées dans un liquide. Elles deviennent alors plus faciles à déposer sous forme d’encre ou à mélanger à d’autres matériaux.
Exemple de transistors à haute mobilité électronique GaN (fabriqués par l'Institut Ferdinand-Braun).
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Le nitrure de gallium, ou GaN, est déjà utilisé dans l’éclairage à LED et dans des composants électroniques conçus pour fonctionner à forte puissance. Sa stabilité chimique et thermique constitue un atout dans ces usages. Pourtant, cette même stabilité rendait difficile la fabrication de nanocristaux colloïdaux, c’est-à-dire suspendus de manière contrôlée dans une solution.
La difficulté provient des liaisons très fortes entre le métal et l’azote. Pour former de petits cristaux réguliers, les atomes doivent pouvoir se réorganiser pendant la synthèse. Les procédés habituels demandent alors des températures élevées, incompatibles avec les solvants employés pour fabriquer de nombreux nanocristaux.
L’équipe a contourné ce problème avec un bain de sels inorganiques fondus. Dans ce milieu, elle a fait réagir des halogénures métalliques avec de l’ammoniac sous pression. Les chercheurs ont identifié des conditions de température et de pression dans lesquelles les liaisons métal-azote peuvent se rompre puis se reformer assez facilement pour permettre la croissance de nanocristaux.
La méthode ne concerne pas seulement le GaN. Les auteurs rapportent aussi la synthèse de nanocristaux de nitrure de titane, de vanadium, de niobium, de molybdène, de tantale et de tungstène. Certains de ces matériaux sont déjà employés dans des revêtements résistants, des catalyseurs, des supraconducteurs ou des implants médicaux.
Ces nanocristaux pourraient élargir les manières d’utiliser les nitrures. Les chercheurs évoquent notamment l’électronique imprimée, des dispositifs souples et l’intégration dans des polymères ou des tissus. Ces applications restent toutefois à développer.
La suite dépendra de la capacité à produire ces particules à plus grande échelle et à les intégrer dans des composants fonctionnels. Ce résultat fournit aux laboratoires une nouvelle famille de nanomatériaux, auparavant très difficile à obtenir sous cette forme.