Les nanosciences et les nanotechnologies

Résumé du document

Le signal de départ de la course à la miniaturisation extrême est donné en 1959 par Richard Feynman, physicien théoricien américain qui reçoit le prix Nobel en 1965. En effet, lors d'une conférence donnée au California Institute of Technology (Caltech), Feynman s'exclame : « pourquoi ne pourrait-on pas écrire la totalité de l'Encyclopaedia Britannica sur la tête d'une épingle ? ». Les moyens de miniaturisation et d'observation n'existent alors pas encore. Ils apparaissent progressivement, grâce notamment à l'invention du microscope à effet tunnel (voir microscope-sonde à balayage) par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer en 1981 — invention qui leur vaut le prix Nobel en 1985 — et au développement de moyens de lithographie et de gravure de plus en plus performants.

Extraits

[...] Les moyens de miniaturisation et d'observation n'existent alors pas encore. Ils apparaissent progressivement, grâce notamment à l'invention du microscope à effet tunnel (voir microscope-sonde à balayage) par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer en 1981 invention qui leur vaut le prix Nobel en 1985 et au développement de moyens de lithographie et de gravure de plus en plus performants. L'unité de mesure des nanotechnologies est le nanomètre c'est-à-dire le milliardième de mètre nm = 10-9 m). C'est à peu près la longueur représentée par une chaîne de 3 atomes. [...]

[...] Si la lithographie par faisceaux d'électrons, appelée lithographie électronique, ne constitue pas encore une technique de choix pour des procédés industriels (du fait de la lenteur de sa mise en œuvre), elle reste d'une utilité impérative pour la préparation des masques de la lithographie optique. Une fois l'étape de lithographie achevée, le motif dessiné dans la résine est transféré dans l'oxyde de silicium, ou dans le silicium sous-jacent, par une étape de gravure. On utilise généralement des ions qui viennent frapper la surface et creusent la matière en limitant au maximum la gravure sous le masque, ce qui entraînerait un élargissement des motifs. Par la suite, des impuretés sont introduites par implantation ionique à travers ces fenêtres. [...]

[...] L'information peut également être stockée sous forme magnétique. On atteint des densités comparables en préparant de petits îlots magnétiques dont l'aimantation voir magnétisme (physique) reste perpendiculaire à la surface, dans un sens ou dans l'autre. Le sens de l'aimantation, vers le haut ou vers le bas, constitue le bit d'information élémentaire. La taille des plots peut atteindre environ 20 ou 30 nm. L'information est lue avec une tête sensible à l'aimantation et qui vole au-dessus de la surface. À plus long terme, on imagine que l'information pourra être stockée directement dans des molécules uniques, dont la conductivité, par exemple, pourrait être modifiée à volonté. [...]

[...] Une pointe est approchée de la surface jusqu'à une distance de l'ordre de 1 nm. Cette pointe est portée par le bras d'un diapason vibrant. Lorsque la pointe entre en interaction avec les orbitales électroniques des atomes de la surface, elle voit ses vibrations amorties. Les mouvements de la pointe pour l'approcher de la surface ou la déplacer parallèlement à celle-ci sont réalisés par un ensemble de transducteurs piézo- électriques. Cette méthode permet de dresser une cartographie de la topographie de la surface, avec une résolution très proche de la taille des atomes. [...]

[...] Il est possible de repérer des atomes étrangers déposés sur une surface et de les pousser jusqu'en des positions prédéfinies. Cette technique a ainsi permis d'écrire avec des atomes le physicien Donald Eigler, travaillant chez IBM, est le premier à avoir utilisé cette technique pour écrire le sigle IBM en 1989 avec des atomes de xénon. Le stockage de l'information à haute densité sera l'un des grands bénéficiaires des techniques de miniaturisation extrêmes. Par exemple, une technologie industrielle de stockage de l'information a été dérivée de la méthode d'écriture utilisant des pointes. C'est le projet Millipede d'IBM. [...]