Project

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Fibres Optoélectroniques Nano-structurées

English title Nano-structured Optoelectronic Fiber Devices
Applicant Sorin Fabien
Number 169650
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Material Science and Engineering École Polytechnique Fédérale de Lausanne
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Material Sciences
Start/End 01.10.2016 - 31.01.2021
Approved amount 278'966.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Material Sciences
Microelectronics. Optoelectronics

Keywords (6)

imaging; Light-trapping; Fiber processing; optoelectronic devices; Multi-material fibers; Nanowire processing

Lay Summary (French)

Lead
Emetteurs, détecteurs, modulateurs ou capteur de lumière, les composants photoniques prennent une place de plus en plus importante dans la recherche scientifique mais aussi au quotidien. Jusqu’à récemment, les technologies de fabrication utilisées pour ces composants, ainsi que les matériaux les constituant, ont été conçus pour des substrats rigides et de petites tailles, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres carrés. De plus en plus d’applications modernes nécessitent cependant de réaliser de tels composants sur de grandes distances ou des surfaces importantes, ou encore sur des substrats flexibles. Par exemple, de nombreuses avancées dans les techniques de prévention et de soins médicaux ou d’imagerie nécessitent de plus en plus d’intégrer des fonctionnalités complexes, et notamment optoélectroniques, dans des habits intelligents, sur la peau ou au sein même du corps humain. Ceci nécessite un composant flexible adapté à des surfaces conséquentes et courbées.
Lay summary

Contenu et objectif du travail de recherche

 Notre objectif principal est d’étudier une technique de fabrication récente pour intégrer des composants optoélectroniques efficaces et à base de micro- et nano-fils semi-conducteurs, dans des fibres minces, flexibles, et de plusieurs kilomètres de long. Ces fibres, pouvant agir comme détecteurs ou même comme capteurs de l’énergie solaire, par exemple, peuvent être déployées seules ou intégrées dans des mailles fonctionnelles ou des tissus. Ce projet permettra de mieux comprendre la microstructure et les propriétés électriques et optoélectroniques des éléments semi-conducteurs intégrés dans ces fibres dites « multi-matériaux ». De plus, nous proposerons de nouvelles méthodes de fabrication pour fabriquer des composants fibrés à base de micro-, voir nano-fils semi-conducteurs, pouvant être contactés électriquement et présentant des rapports d’aspect inégalés. Ceci pourrait améliorer de façon importante les performances de ces fibres optoélectroniques.

 Contexte scientifique et social du projet de recherche

 Nos résultats permettront d’améliorer le potentiel des fibres optoélectroniques qui ont été proposées pour un nombre important d’applications comme pour des habits intelligents, des détecteurs distribués de différentes natures, des écrans flexibles interactifs ou encore des éléments photovoltaiques flexibles. Tous ces domaines, qui prennent une importance grandissante dans nos sociétés modernes, bénéficieraient d’une telle technologie capable d’apporter des solutions innovantes et à la pointe des technologies de procédés des matériaux et des composants optoélectroniques nano-structurés.

 Keywords

Fibre materials and processing ; multimaterial fibres ; optoelectronic devices ; semiconducting micro- and nano-wires ; nano-wire based optoelectronic devices ; charge transport, trapping and photo-detector responsivity and sensitivity.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 28.09.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Structured nanoscale metallic glass fibres with extreme aspect ratios
Yan Wei, Richard Inès, Kurtuldu Güven, James Nicholas D., Schiavone Giuseppe, Squair Jordan W., Nguyen‐Dang Tung, Das Gupta Tapajyoti, Qu Yunpeng, Cao Jake D., Ignatans Reinis, Lacour Stéphanie P., Tileli Vasiliki, Courtine Grégoire, Löffler Jörg F., Sorin Fabien (2020), Structured nanoscale metallic glass fibres with extreme aspect ratios, in Nature Nanotechnology, 15(10), 875-882.
Microstructured Biodegradable Fibers for Advanced Control Delivery
Shadman Shahrzad, Nguyen-Dang Tung, Gupta Tapajyoti Das, Page Alexis Gérald, Richard Inès, Leber Andreas, Ruza Jurgis, Krishnamani Govind, Sorin Fabien (2020), Microstructured Biodegradable Fibers for Advanced Control Delivery, in Advanced Functional Materials, 1910283-1910283.
Advanced Multimaterial Electronic and Optoelectronic Fibers and Textiles
Yan Wei, Page Alexis, Nguyen-Dang Tung, Qu Yunpeng, Sordo Federica, Wei Lei, Sorin Fabien (2019), Advanced Multimaterial Electronic and Optoelectronic Fibers and Textiles, in Advanced Materials, 31(1), 1802348-1802348.
Insights into the fabrication of sub-100 nm textured thermally drawn fibers
Dang Tung Nguyen, Richard Inès, Goy Etienne, Sordo Federica, Sorin Fabien (2019), Insights into the fabrication of sub-100 nm textured thermally drawn fibers, in Journal of Applied Physics, 125(17), 175301-175301.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Metal Physics and Technology / ETH Zurich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Center for X-ray analytics/EMPA Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Awards

Title Year
Wasserman Award 2019

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
146871 Fibres Optoélectroniques Nano-structurées 01.09.2013 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The ability to impart novel functionalities to thin and flexible fibers beyond optical transport or thermal insulation holds great promises in several scientific and technological fields. In an ongoing Swiss National Science Foundation project, we have proposed and demonstrated how to use the thermal drawing process - the same process used to fabricate optical fibers - to realize state-of-the-art optoelectronic fibers. These hybrid fibers integrate materials and architectures that enable both optical and electrical transport, as well as responsiveness to various stimuli (e.g. light, heat, or chemicals) via electrically addressed semiconducting domains integrated along the entire fiber length (potentially tens of kilometers). Thanks to the support of the SNF we have been able to demonstrate, for the first time, the growth of single crystal semiconducting nanowires in contact with conducting materials, onto and within optical fibers. The resulting long, thin, flexible fiber devices exhibit photodetecting performance an order of magnitude better than previous state-of-the-art. In this proposal, we want to build on these exciting results and propose to develop a deeper understanding of the electrical and optical properties of the in-fiber grown nanowire mesh, and how they relate to the fabrication process. This will enable us to improve further single crystal nanowire based devices and to realize flexible photodetecting fibers with sensitivities on par with conventional planar photoconductors. These innovative research directions can lead to the simple and scalable fabrication of novel optical fibers and meta-materials, of advanced optical probes for surgical tools or to interface with biological tissues, and of fiber-integrated imaging systems. Also, such advanced fibers can be assembled into various meshes, screens, artificial skins or textile configurations, capable of sensing various stimuli. It also paves the way towards making fibers and fabrics capable of harnessing different forms of energy. All of these applications can have a significant impact in crucial areas for the Swiss scientific and technological landscape, such as health care, renewable energy, or advanced high-tech textiles.
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