Communiqué de presse
FNS: Image du mois mai 2007: Des recherches fondamentales lèvent un
voile sur le monde des nanostructures
2007-05-22T10:00:00
Berne (ots) - Image et texte sous:
http://www.presseportal.ch/fr/galerie.htx?
type=obs Un «mode d'emploi» pour créer des nano-colliers d'atomes aux
propriétés inouïes Afin de satisfaire à la miniaturisation de l'électronique, les
scientifiques explorent désormais le monde nanoscopique. Construire
d'infimes systèmes unidimensionnels, tels des «colliers d'atomes»,
pour par exemple en faire des nanofils conducteurs est un domaine
de recherche de pointe. Des physiciens de l'Université de
Neuchâtel, soutenus par le Fonds national suisse, ont établi
un «mode d'emploi» pour ces bricolages atomiques, une sorte de
table de référence qui facilitera les avancées vers des
applications. Pour fabriquer de nouveaux composants microélectroniques, les
ingénieurs ont souvent privilégié l'approche dite «top down» (trad.
«de haut en bas»). Cette démarche se base sur des instruments
exploitant des faisceaux d'électrons, des rayons X ou UV, qui
permettent d'imprimer sur des surfaces des circuits électroniques
de l'ordre du millième de millimètre, voire plus petit. Malgré des
gains notoires en précision et en miniaturisation, ces techniques
atteignent leurs limites physiques. Pour passer le cap, les
scientifiques se tournent vers les méthodes «bottom up» («de bas en
haut»). Celles-ci consistent à guider l'assemblage de constituants
atomiques ou moléculaires en des structures auto-arrangées, en
tirant profit des propriétés inhérentes au système. Dès les années
1990, les physiciens sont parvenus, sur de fins plans cristallins
de silicium appelés «gaufres» en anglais (wafer), à générer des
rangées d'atomes d'or ou d'autres éléments (argent, calcium,
gadolinium, etc.). Le processus est simple. «Un wafer est chauffé
sous vide à 1200°C, ce qui décape les couches superficielles
indésirables, puis refroidi jusqu'à 600°C, explique le doctorant
Corsin Battaglia. Dans le même espace est ensuite chauffée une
bribe de l'élément chimique à appliquer, l'or par exemple. Ses
atomes s'évaporent et se déposent sur le wafer, en respectant une
configuration imposée par le silicium.» Au final: des chaînes
alignées parallèlement dont les maillons correspondent aux atomes
d'or (image). «Sur notre échantillon de 1 cm2, nous avons assez des
rangs datomes pour, s'ils étaient mis bout à bout, former une
chaîne de 100km!» A l'inverse de l'approche «top down» et de son caractère imposé,
la recette «bottom up» a pour avantage de produire en masse,
rapidement et à moindre coût ces nanostructures. «Fabriquer ces 100
km de collier d'atomes ne prend qu'une minute», dit le doctorant.
Toutefois, nombre de questions demeurent les concernant, tant les
électrons acquièrent des propriétés de plus en plus «exotiques»
lorsque l'on passe de structures de trois à une dimension: ces
chaînes sont-elles stables ? Quelles sont leurs qualités de
conduction électrique? Et quel rôle joue les défectuosités
possibles? «Avant d'avancer dans le domaine, il fallait établir, à
l'échelle nanométrique, l'importance de la relation entre les
structures électroniques et géométriques de ces nouveaux objets»,
justifie Corsin Battaglia. A l'aide de deux instruments spécifiques (un microscope à effet
tunnel (STM) et un spectromètre à photoélectrons) qui permettent de
«voir» les atomes, le chercheur a donc procédé une caractérisation
de la configuration des électrons lorsque des atomes de gadolinium
et de calcium étaient alignées sur le plan de silicium. «Nous avons
d'abord observé que l'apport de ces atomes engendrait dans chaque
cas une reconstruction de la surface du silicium sous la forme de
canaux et de sillons plus ou moins larges. C'est comme si le fait
de déposer à intervalles réguliers des pommes de terre sur un champ
de terre aplanie avait pour effet de générer des sillons.» Mais c'est surtout la deuxième découverte qui a permis à Corsin
Battaglia et à son professeur Philipp Aebi de publier, en février,
leur travaux dans la revue Europhysics Letters*: «En créant ces
chaînes, les atomes fournissent un ou plusieurs électrons au
substrat qui se restructure, se stabilise, et se dote de nouvelles
propriétés, en devenant par exemple magnétique ou conducteur! Ce ne
serait donc pas les colliers d'atomes eux-mêmes, mais les sillons
de silicium les soutenant qui joueraient le rôle dinfimes fils
électriques». En reprenant la métaphore agricole, il y aurait sous
chaque sillon de terre comme de leau ne demandant qu'à s'écouler
dans une canalisation, or celle-ci n'y parviendrait que lorsque les
pommes de terre lui adjoindraient l'humidité quelles contiennent.
Enfin, en rassemblant toutes ces observations, les physiciens ont
répertorié en une «table de référence systématique» toutes les
configurations possibles de disposer ces patates-atomes sur le
champ de silicium, en y associant les effets induits sur le
matériau. «Cela nous permet de dire quelles seront les
caractéristiques de surface du silicium lorsqu'on y dépose des
atomes de tel ou tel élément», résume Philipp Aebi. Une information
importante lorsquil s'agira d'envisager des nanosystèmes plus
complexes. Pour l'heure, ces recherches restent fondamentales. «Je suis
étonné de l'extraordinaire richesse de possibilités quutilise la
Nature, en l'occurrence le cristal de silicium, pour s'organiser en
fonction de la situation», commente le professeur. Qui ne rechigne
pas à imaginer des applications: «Dans le domaine émergeant de
l'électronique moléculaire, l'idée est de tirer profit de certaines
molécules possédant une fonctionnalité particulière. Nos chaînes
d'atomes pourraient permettre d' «adresser» ces molécules, comme
tous les fils électriques dans un ordinateur sont chacun connectés
à un module précis.» Corsin Battaglia abonde: «D'autres
applications pourront peut-être tirer profit des propriétés
optiques de ces systèmes de chaînes atomiques, voire de leur rôle
de catalyseur dans des réactions chimiques. De plus, leur
réactivité chimique pourrait conduire au développement de senseurs
chimiques.» Les deux physiciens hésitent toutefois à estimer quand
émergeront ces applications, «tant certaines avancées sont
imprédictibles.» * Europhysics Letters (EPL), 77 (2007) 36003 Contact :
Université de Neuchâtel
Laboratoire de physique spectroscopie
Rue A.-L. Breguet 1, CH-2000 Neuchâtel
tél: +41 (0)32 718 29 11
fax: +41 (0)32 718 29 01 Prof Philipp Aebi
tél.: +41 (0)32 718 29 81, e-mail : philipp.aebi@unine.ch Corsin Battaglia
tél.: +41 (0)32 718 29 48, e-mail: corsin.battaglia@unine.ch Le texte et l'image de cette information peuvent être téléchargés
sur le site web du Fonds national suisse: http://www.snf.ch > F >
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