Nanofil

Un nanofil est une nanostructure, dont le diamètre est exprimé en nanomètre, donc en principe de 1 à 999 nanomètres. Pour plus de simplicité, on tolère un certain débordement dans ces dimensions.

Alternativement, les nanofils peuvent être définis comme des structures qui ont une épaisseur ou un diamètre définis, mais d'une longueur quelconque. À ces échelles les effets quantiques sont importants - d'où l'utilisation du terme de « fils quantiques ». De nombreux types de nanofils existent, incluant des matériaux métalliques (par exemple, Ni, Pt, Au), semiconducteurs (comme Si, InP, GaN, etc.), ou diélectriques (e.g., SiO₂, TiO₂). Les nanofils moléculaires sont constitués d'unités moléculaires organiques (par exemple l'ADN) ou inorganiques (Mo₆S_9-xI_x) se répétant.

Ces objets nanométriques présentent des intérêts pour de nombreux champs technologiques (micro/nanoélectronique, énergie photovoltaïque) et scientifiques (biologie, physique).

Historique

• Dates

Vue d'ensemble

Du fait de leur facteur de forme important, les nanofils sont parfois un peu abusivement classés dans les structures unidimensionnelles ou quasi-unidimensionnelles, à l'instar des nanotubes. On associe aussi parfois "nanofils" et "fils quantiques", or un fil de dimension nanométrique ne présente pas forcément d' effets quantiques.

Il convient donc de ne pas mélanger :

1. Une structure gravée par ablation mécanique, chimique, laser ou autre, n’est pas un fil mais une piste et dans ce cas, on utilisera le terme de “nanopiste”.
2. Une structure réalisée par l’approche ascendante n’est pas un fil mais peut être une tige, une paillette, un bâtonnet, un poil, un brin et dans ce cas, on utilisera le terme de “nanotige” , "nanopaillette" , "nanobâtonnet" , "nanopoil", "nanobrin".
3. Une structure réalisée sur un ruban n’est pas un nanofil mais une enduction et dans ce cas, on utilisera le terme de “nanoenduction”.
4. Actuellement, il n’existe aucune bobine de “nanofils”, car ces structures sont réalisées exclusivement en laboratoire et mesurent au mieux, quelques millimètres de long, du moins, ceux qui peuvent présenter des effets quantiques.
5. Cependant, s'il n'existe pas de nanofil quantique, il existe bien par contre des nano-chaînes aux effets quantiques, longues de plusieurs mètres ... et qui portent le nom de "chapelet conducteur d'électricité" (electrically conductive string).

Dans ces nano-chaînes le courant électrique circule exclusivement par des effets quantiques dont principalement l'effet tunnel et présente par ailleurs des propriétés inédites.

Synthèse et élaboration

Il existe deux approches de bases pour élaborer des nanofils : l'approche descendante (top-down) et l'approche ascendante (bottom-up). L'approche descendante consiste à graver la structure dans un substrat, par utilisation des techniques de lithographie et de gravure, communément utilisées dans les procédés de microélectronique. Au contraire, l'approche ascendante consiste à faire croître la structure en assemblant les atomes qui la composent.

Approche ascendante

Croissances assistées par particules métalliques

La croissance VLS

La méthode de croissance VLS (pour Vapeur-Liquide-Solide) est la plus répandue pour la croissance de nanofils. Elle se fait au moyen d'un catalyseur liquide, à travers lequel les atomes de la phase vapeur sont absorbés et diffusent vers le substrat. La nucléation de la phase solide semble alors se faire à l'interface entre le catalyseur liquide et le substrat, en deux dimensions donc. Un article de Wagner et Ellis (1964) fait pour la première fois allusion à cette méthode de croissance, en essayant d'expliquer la croissance de "nanowhiskers" sur des substrats silicium, sans l'aide de dislocation ou autres défauts du cristal de départ.