TPE nanomonde

                                                                                                                                                                                                                                   Introduction:

    Depuis quelques dizaines d’années, les recherches s’orientent vers l’infiniment petit : le nanomonde. Le nanomètre représente un milliardième de mètre, 50 000 fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu. C’est ce qui permet de nous rapprocher de la taille d’un atome : 0,1 nm. Dans la nature, cette échelle est courante : au niveau des assemblages d’atomes pour former des molécules, des protéines, et au niveau de leurs interactions. On comprend mieux qu’à cette taille, il est tout à fait possible de manipuler la matière, atome par atome, de la fabriquer, d’améliorer ses propriétés chimiques, physiques ou électroniques. Les nanosciences permettent avec les nanotechnologies de commencer à exploiter ces possibilités.

Problématique: En quoi les nouvelles technologies permettent-elles le déplacement des atomes ?

Pour répondre à cette question nous allons définir ce qu’est le bottom-up et le top down, expliquer les différentes technologies qui y répondent, expliquer le fonctionnement d’une d’entre elles et expliquer deux de ces phénomènes.

    1_ Qu’est-ce que le bottom-up et le top-down ?

     Il y a 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 « 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.

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. C’est donc cette approche qui nous concerne.

     2_Les technologies

     Le microscope a effet tunnel a été créé en 1981 par deux physiciens, un allemand: Gerd Binning et Heinrich Rohrer un suisse qui leur a valu un prix nobel. Le microscope permet de cartographier atome par atome un matériau conducteur, ainsi de créer une image de sa surface, c’est de la topographie. Il permet la mesure des propriétés électroniques du matériau (spectroscopie). On peut aussi déplacer les atomes un par un.

Pour les matériaux non conducteur, il y a le microscope à force atomique mais il ne permet pas de déplacer les atomes ou de mesurer ses propriétés, seulement de cartographier la surface.

     3_Comment fonctionne et comment est fait le microscope a effet tunnel?

    Le microscope a effet tunnel est constitué d’une pointe métallique de la taille d’un atome. Elle est alimentée électriquement (environ 1V). On l’approche très près, de l’ordre du nanomètre, d’un matériau métallique à étudier et par effet tunnel (qui a donné le nom au microscope) des électrons sont arrachés de la surface, ce qui provoque l’apparition d’un courant électrique entre la pointe et la surface. Il faut sans cesse réajuster la pointe en fonction du relief. La hauteur de cette pointe est réglée par un ordinateur afin de maintenir un courant constant. Cet effet n’a lieu qu’à très courte distance, donc seulement quand la pointe est au dessus d’un atome. En traçant l’intensité du courant en fonction de la position de la pointe, on peut déduire la position des atomes à la surface du métal et ainsi recréer l’image par ordinateur.

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