Newswise — The generation of an electric field by the compression and expansion of solid materials is known as the piezoelectric effect, and it has a wide range of applications ranging from everyday items such as watches, motion sensors and precise positioning systems. Researchers at McGill University’s Department of Chemistry have now discovered how to control this effect in nanoscale semiconductors called “quantum dots,” enabling the development of incredibly tiny new products.
Although the word “quantum” is used in everyday language to connote something very large, it actually means the smallest amount by which certain physical quantities can change. A quantum dot has a diameter of only 10 to 50 atoms, or less than 10 nanometres. By comparison, the diameter of the DNA double-helix is 2 nanometres. The McGill researchers have discovered a way to make individual charges reside on the surface of the dot, which produces a large electric field within the dot. This electric field produces enormous piezoelectric forces causing large and rapid expansion and contraction of the dots within a trillionth of a second. Most importantly, the team is able to control the size of this vibration.
Cadmium Selenide quantum dots can be used in a wide range of technological applications. Solar power is one area that has been explored, but this new discovery has paved way for other nanoscale device applications for these dots. This discovery offers a way of controlling the speed and switching time of nanoelectronic devices, and possibly even developing nanoscale power supplies, whereby a small compression would produce a large voltage.
“The piezoelectric effect has never been manipulated at this scale before, so the range of possible applications is very exciting,” explained Pooja Tyagi, a PhD researcher in Professor Patanjali Kambhampati’s laboratory. “For example, the vibrations of a material can be analyzed to calculate the pressure of the solvent they are in. With further development and research, maybe we could measure blood pressure non-invasively by injecting the dots, shining a laser on them, and analyzing their vibration to determine the pressure.” Tyagi notes that Cadium Selenide is a toxic metal, and so one of the hurdles to overcome with regard to this particular example would be finding a replacement material.
The research was published in Nano Letters and received funding from the Canada Foundation for Innovation, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, and the Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies.
For more information: http://kambhampati-group.mcgill.ca
French:POUR DIFFUSION IMMÉDIATEMontréal, le 23 août 2010
De bonnes vibrations : de nouveaux produits à l’échelle atomique à l’horizon Une découverte permet de nanomanipuler l’effet piézoélectrique
L’effet piézoélectrique, c’est-à-dire la génération d’un champ électrique par la compression et l’expansion de matériaux solides, offre une vaste gamme d’applications sur des objets du quotidien comme les montres, les détecteurs de mouvements et les systèmes de positionnement précis. Des chercheurs du Département de chimie de l’Université McGill viennent de découvrir comment maîtriser cet effet sur des nanosemiconducteurs appelés points quantiques, ce qui ouvre la porte à la mise au point de nouveaux produits incroyablement minuscules.
Bien que le terme « quantique » soit utilisé dans le langage courant pour faire référence à quelque chose de très gros, il signifie en fait la plus petite mesure par laquelle certaines propriétés physiques peuvent changer. Un point quantique présente un diamètre d’à peine dix à 15 atomes, soit moins de dix nanomètres. En comparaison, le diamètre de la double hélice de l’ADN fait deux nanomètres. Les chercheurs mcgillois ont découvert une nouvelle manière de faire en sorte que les charges individuelles demeurent à la surface du point, ce qui produit un vaste champ électrique au sein du point. Ce champ magnétique produit d’énormes forces piézoélectriques, entraînant une expansion et une contraction importantes et rapides des points en une picoseconde ou moins. De plus, l’équipe est capable de maîtriser l’ampleur de cette vibration.
Les points quantiques de séléniure de cadmium peuvent être utilisés dans une vaste gamme d’applications technologiques. L’énergie solaire est un des secteurs explorés, mais cette nouvelle découverte ouvre la voie à d’autres applications dans des appareils à l’échelle nanoscopique. Elle permet de maîtriser la vitesse et le temps de commutation des appareils nanoélectriques, voire de mettre au point des sources d’alimentation nanoscopiques, grâce auxquelles une petite compression produirait une tension élevée. « L’effet piézoélectrique n’a jamais été manipulé à cette échelle dans le passé. Par conséquent, le spectre des éventuelles applications est très stimulant, a expliqué la candidate au doctorat Pooja Tyagi, chercheuse au laboratoire du professeur Patanjali Kambhampati. Par exemple, on peut analyser les vibrations d’un matériau pour calculer la pression du solvant dans lequel elles se trouvent. Grâce à des mises au point et des recherches plus avancées, peut-être pourra-t-on mesurer la tension artérielle de manière non invasive, en injectant des points, en y dirigeant un laser et en analysant leur vibration pour déterminer la tension. » Madame Tyagi fait remarquer que le séléniure de cadmium est un métal toxique, et, par conséquent, un des obstacles à surmonter en ce qui concerne cet exemple en particulier serait de trouver un matériau de remplacement.
La recherche a été publiée dans Nano Letters et a reçu du financement de la Fondation canadienne pour l’innovation, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies.
Pour plus de renseignements : http://kambhampati-group.mcgill.ca
Personne-ressource : William Raillant-ClarkRelations avec les médiasUniversité McGill 514 [email protected]
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