SjoerdRoorda

Ma recherche se porte surtout dans la domaine de modification et analyse des matériaux par faisceaux ioniques. Voici quelques brèves descriptions des sujets qui sont actuels ou qui continuent à redevenir actuels.

Structure des semiconducteurs amorphes

Comprendre la structure atomique des semi-conducteurs amorphes, le silicium amorphe en particulier, est important pour la recherche fondamentale (comprendre le rôle du désordre) et pour des raisons pragmatiques (des cellules solaires et des imprimantes laser sont faits du silicium amorphe). J'utilise la diffraction des rayons X à haute énergie pour mesurer la projection de la densité moyenne en fonction de la distance d'un atome centrale aléatoire. Cet information peut ensuite être utilisé pour tester des modèles informatiques de la structure atomique de ces matériaux. A partir de ces données et les modèles, la distribution des longueurs de liaison et angles de liaison tétraédriques et dièdriques (voir la figure à droite) peut être déduite, ainsi que la forme du potentiel interatomique.

Quelques exemples des questions en suspens sont les suivantes: Peut-on distinguer entre deuxième et troisième voisins dans le Si amorphe? Peut-on exclure de façon concluante que des modèles paracristallines donnent de bonnes descriptions de ce matériau? Quelle est l'origine du pic de diffusion très faible à 1/2 l'angle du premier pic de diffraction bien défini ? La diffusion à très petits angles, est-ce qu'elle est indicative de l'hyperuniformité? Est-ce que les défauts tels que des lacunes individuelles sont stables dans ces matériaux ou elles se détendent dans les zones de désordre générale ?

Voici quelques publications sur: la structure atomique du silicium amorphe, et du germanium amorphe, un commentaire sur la validité du modèle paracristallin, et une observation d'anisotropie dans le silicium amorphe. Voir aussi la liste des publications complet.

Ions lourds et rapides ("Swift heavy ions")

L'irradiation des matériaux avec des ions lourds et rapides (plus lourd que l'He, environs un MeV par nucléon ou plus) conduit à des effets intéressants et parfois contre-intuitives qui doivent être compris pour une compréhension fondamentale du comportement de la matière loin de l'équilibre. C'est un domaine avec des conséquences pour l'ingénierie de pistes d'ions ("ion tracks") et le stockage des déchets nucléaires. Un exemple est illustré dans la figure de droite, qui est une image fait par microscopie électronique à transmission d'une nano-particule d'or embriqué dans une sphère de silice, après irradiation par des ions de Se de 30 MeV dans la direction indiquée par la flèche (et 45 degrés sur le plan de l'image). Les cercles en pointillés indiquent le contour de l'or et la silice avant irradiation. La silice est déformée comme martelée par les ions (c'est à dire, aplatie le long la direction de faisceau et élargie à travers), mais la nanoparticule d'or s'est transformée en une tige orientée perpendiculairement au plan dans lequel la silice a été aplatie. Ces nanotiges orientés ont des propriétés optiques uniques liés à des résonances de plasmons de surface.

Plusieurs questions sont en cours dans ce domaine. Est-ce que le trace d'ions a vraiment fondu? Est-ce que la quantité de mouvement d'ions joue un rôle? Qu'est ce qui détermine le diamètre minimal des nanotiges? Combien de ions sont nécessaires pour atteindre une déformation mesurable? Comment pouvons-nous tirer profit des résonances de plasmon dans ces nanotiges? Est-ce que le silicium peut être rendu amorphe avec ions lourds rapides et quelles sont ses propriétés?

Les publications pertinentes comprennent des documents sur le transport de masse latéral, la déformation des particules de type core-shell (d'oignon), et des propriétés optiques non-linéaires des nanotiges. Voir aussi la liste complète des publications.

Cellules photovoltaïques organiques nanostructurées

L'utilisation généralisée et quotidienne de combustibles fossiles entraîne le réchauffement climatique. L'énergie nucléaire produit des déchets radioactifs pour ne pas parler de la chair de poule que ça provoques chez plusieurs gens. Il faut donc développer des sources d'énergie renouvelables abordables. Dans le passé, j'ai contribué à faire de cellules polycristallines produits industriellement solaires plus efficaces. À l'heure actuelle, un développement prometteur est l'utilisation de nano-structures pour améliorer l'efficacité des cellules solaires en plastique. En principe, des cellules photovoltaïques organiques (de polymère) peuvent être beaucoup moins cher que des cellules solaires inorganiques, et avec un temps de recupération de l'énergie investi plus rapide. Cependant, il est difficile d'atteindre des rendements élevés, car les excitons photo-générés et les transporteurs de charge ont tendance à se désexciter ou se recombiner avant d'être recueillis. Une amélioration par rapport à la cellule à une seule jonction planaire est la soi-disant hétéro-jonction cellulaire en vrac ("bulk hetero junction"). Nous avons l'intention d'améliorer ce dernier, en imposant une nano-structure sur une simple jonction planaire en utilisant un modèle à base d'alumine nano-poreuse (ou matériau similaire).