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RÉSUMÉ
Les nanosciences, nanotechnologies ou encore les nanomatériaux constituent un ensemble important de réalisations. Ces termes, devenus courants depuis quelques années, restent malgré tout complexes car ils ne se réfèrent pas forcément à l'échelle nanométrique, comme leurs noms l’indique. Cet article propose une introduction complète aux nanomatériaux et nanotechnologies. Pour cela, les évolutions intervenues dans le domaine des sciences et des technologies sont abordées, telles que les objets nanométriques, la fabrication de dispositifs nanostructurés, les dispositifs électroniques, les nanomatériaux magnétiques et enfin, les nanomatériaux pour l’optique et l’optoélectronique.
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INTRODUCTION
Les termes de nanomatériaux et de nanotechnologies recouvrent tout un domaine de réalisations dont le pas est inférieur au micron. Ils sont obtenus soit par des technologies qui permettent une réduction de la taille des composants, soit par la production de nano-objets qui s'auto-organisent.
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Fabrication de dispositifs nanostructurés
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2. Objets nanométriques
Les objets que nous sommes conduits à envisager ont au moins une dimension proche du nanomètre. Nous nous limiterons ici à deux famfilles : les agrégats pour lesquels certains points de physique méritent d'être précisés, et les nanofibres de carbone qui sont désormais un sujet majeur. Les modes de production et les propriétés des systèmes bidimensionnels (et des puits quantiques), des autres systèmes unidimensionnels (nanofils) et des boîtes quantiques seront évoqués au fil des autres chapitres.
2.1 Agrégats et colloïdes
Les agrégats et les colloïdes sont des amas d'atomes dont la taille est de l'ordre de quelques nanomètres, qui présentent de ce fait une valeur élevée du rapport surface sur volume et qui peuvent être ou ne pas être, selon les cas, de structure cristalline. Les agrégats sont en général obtenus par des techniques physiques, le terme de colloïde étant réservé aux particules obtenues par voie de chimie douce.
2.1.1 Cohésion et propriétés physiques
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L'énergie de cohésion d'amas d'atomes, cristallins ou non, et les propriétés qui en découlent sont la conséquence des modifications qui interviennent pour les liaisons chimiques des atomes situés en surface. Ces phénomènes sont caractérisés par une énergie superficielle γ qui varie avec l'orientation pour les petits cristallites, ce qui conduit à un facettage de ces objets (figure 1).
-
Le modèle thermodynamique le plus simple, dit « modèle de la goutte », traite l'amas comme un objet sphérique, caractérisé par son rayon R. Le rapport de la surface au volume variant comme 1/ R, de nombreuses propriétés caractéristiques de la cohésion, comme la température de fusion ou le potentiel d'ionisation, observent approximativement une dépendance linéaire en fonction de cette grandeur.
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Les modèles simplifiés traitant de la structure électronique des amas relèvent aussi du modèle de la goutte et font l'hypothèse...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COSTA (P.) - Nanomatériaux, structure et élaboration. - Techniques de l'Ingénieur [M 4 026] (2001).
-
(2) - COSTA (P.) - Nanomatériaux, propriétés et applications. - Techniques de l'Ingénieur [M 4 027] (2001).
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(3) - LAHMANI (M.), DUPAS (C.), HOUDY (P.) - Nanosciences. - Belin éd. (2004).
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(4) - CORRIU (P.), NOZIÈRES (P.), WEISBUCH (C.) - Nanosciences et Nanotechnologies. - Académie des Sciences et Académie des Technologies, Tec et Doc (2004).
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(5) - JAMET et al - * - Phys. Rev. Letters, 86, 4676 (2001).
-
(6) - BAGUENARD (B.) et al - * - J. Chem. Phys., 100, 754 (1994).
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