La fabrication des nanotechnologies
Aujourd’hui nous sommes capables de fabriquer une allumette à partir d'un arbre, mais imaginez que demain on puisse la construire atome par atome. (Cf. « universcience »). Cette image illustre bien les deux approches différentes possibles pour le développement des nanotechnologies. En effet on peut différencier la méthode dite « ascendante » (en anglais bottom-up) de la méthode dite « descendante » (top-down).
L’approche « ascendante » consiste à construire les nano-objets atome par atome, pour construire des molécules que l’on peut ensuite ajouter dans un système plus grand. L’assemblage fait de manière précise permet de maîtriser totalement la structure. Pour cela on dispose d’instruments comme le microscope à effet tunnel qui est capable non seulement de distinguer les atomes d’une surface, mais aussi de les déplacer.
L’approche « descendante » consiste à miniaturiser, c'est-à-dire à réduire l’objet. En effet, il s'agit de fabriquer des nano objets grâce à la réduction de taille d'un matériau existant jusqu'à atteindre l'échelle nanométrique. Cette approche conserve les différentes propriétés de l’objet initial. Cette méthode est particulièrement utilisée dans le domaine de l’électronique où la miniaturisation est très présente.
Le principe du microscope à effet tunnel :
La microscopie à effet tunnel est une technique qui permet d'atteindre la résolution du millionième de millimètre (ou nanomètre) et de distinguer ainsi les atomes à la surface d'un objet.
Cet instrument a été développé par G. Binnig et H. Röhrer au début des années 80 au laboratoire de recherche IBM en Suisse. Les deux inventeurs ont été récompensés par le prix Nobel de physique en 1986 pour cette invention révolutionnaire.
Contrairement aux microscopes classiques qui fonctionnent avec de la lumière, un STM (Scanning Tunneling Microscope) utilise une pointe mobile très pointue qui se termine par un unique atome qui va servir à scanner la surface à observer. Lors du balayage, le dernier atome de la pointe suit le relief de la surface. En pratique, on balaie ligne par ligne une zone carrée pour reconstituer une image. On obtient la topographie du corps « observé » avec des cartes en reliefs.
Atomes de Nickel observés grâce au microscope à effet tunnel. Taille de l’image : 2,3 nm x 2,3 nm.
Pour éviter d’endommager le corps ou la pointe elle-même, ils ne sont pas directement en contact mais très proche, à l’échelle du nanomètre. On fait donc passer un courant électrique entre les deux . Faire passer un courant électrique nécessite habituellement un réel contact mais la distance entre le corps et la pointe est assez petite, de l'ordre d'un nanomètre, pour permettre cette conduction. Suivant l’intensité de ce courant, le corps est plus ou moins proche de la pointe, on peut ainsi en étudier le relief.
