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En anglais
RÉSUMÉ
Les picotechnologies sont un ensemble de savoir-faire et de techniques qui permettent de construire des machines avec le nombre d'atomes nécessaires à leur fonctionnement, c'est-à-dire avec une précision picométrique. À ce jour, ces outils sont encore au stade de l’émergence dans certains laboratoires de recherche et uniquement chez quelques constructeurs d'instruments scientifiques. Au-delà des techniques de fabrication atome par atome, molécule par molécule, ainsi que les moyens de caractérisation, la picotechnologie regroupe également la nano-communication et le nano-packaging, qui permettent d’exploiter les ressources physiques présentes dans un seul agrégat d'atomes, ou molécule ou macromolécule. Les molécules-machines individuelles élaborées se montrent actives dans un grand nombre de milieux différents, surface, espace ou à intérieur d'une cellule vivante.
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Picotechnologies are a set of know-how and techniques which allow for designing machines with the number of atoms required for their functioning, namely with picometric precision. To date, these tools are still at the emergent stage in certain research laboratories and are only used by a few scientific instrument manufacturers. Beyond the atom-by-atom, molecule-by-molecule fabrication technique and the characterization means, the picotechnology also encompasses nano-communication and nano-packaging, which allow for exploiting the physical resources present in a single aggregate of atoms, molecules or macromolecules. The developed individual machine molecules have proven to be active in a large amount of various media, surfaces, spaces or inside a living cell.
Auteur(s)
INTRODUCTION
Quel est le nombre minimal d'atomes nécessaires à la construction d'un calculateur, d'une machine mécanique, d'une mémoire, d'un instrument de mesure ou d'un transmetteur ? Les picotechnologies (pico = 10–12), ou technologies pour l'échelle atomique, désignent un ensemble de savoir-faire et de techniques en émergence dans certains laboratoires de recherche et chez quelques constructeurs d'instruments scientifiques qui vont permettre de construire des machines avec juste le nombre d'atomes nécessaires à leur fonctionnement, c'est-à-dire avec une précision picométrique.
La picotechnologie regroupe les outils de fabrication atome par atome, molécule par molécule, les moyens de caractérisation ultime, puis la nano-communication et le nano-packaging, nécessaires pour exploiter les ressources physiques présentes dans un seul agrégat d'atomes, dans une seule molécule ou macromolécule afin de réaliser des molécules-machines individuelles actives dans un grand nombre de milieux différents : sur une surface, dans l'espace ou à l'intérieur d'une cellule vivante.
En paraphrasant une expression bien connue, il reste beaucoup de place en dessous du nanomètre. Les picotechnologies se proposent d'explorer cet espace.
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Apporter ou fabriquer sur place
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3. Préparer une surface métallique – îlots isolants (NaCl ou oxyde)
Imaginer une surface plane à l'échelle macroscopique ne revient pas au même que de la concevoir à l'échelle nanoscopique. En effet, au niveau de précision auquel les picotechnologies interviennent, il faut réaliser des surfaces atomiquement planes. De plus, l'orientation cristallographique a également son importance : une surface avec un arrangement atomique trigonal (par exemple une surface (111)) n'aura pas les mêmes propriétés électroniques qu'une surface avec un arrangement atomique tétragonal (typiquement une surface (100) ou (110)).
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Il est possible d'acheter auprès de compagnies spécialisées des substrats métalliques avec une structure déterminée. Cependant, un traitement particulier est nécessaire pour pouvoir disposer de terrasses suffisamment grandes (figure 6) et pour retrouver l'orientation choisie en volume. En d'autres termes, il faut provoquer le déplacement des atomes de surface afin qu'ils retrouvent un arrangement épitaxié le plus cohérent possible avec les atomes du volume.
Ce traitement s'effectue généralement par une série de cycles de recuit et de trempe (600 et 850 K), conjugués à un bombardement d'ions argon (d'énergie comprise entre 500 eV et 2 keV). Ces cycles sont répétés jusqu'à ce qu'aucune trace de contamination (par exemple du soufre pour un cristal de cuivre) ne soit plus détectable en spectroscopie Auger. Cette procédure conduit à des terrasses atomiquement planes dont la largeur s'étend typiquement entre 10 et 250 nm séparées par une marche mono-atomique.
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Pour les substrats semi-conducteurs, les choses se présentent différemment. Les semi-conducteurs classiques ont une structure cristallographique de type diamant, c'est à dire que chaque atome est entouré de quatre voisins placés au sommet d'un tétraèdre . La formation d'une surface rompt la tétravalence et libère une liaison pendante pour les atomes en surface. Il y a donc une réorganisation des atomes de façon à minimiser l'énergie de surface. Ainsi, plusieurs types d'arrangements peuvent être réalisés selon la température à laquelle on prépare l'échantillon.
Sur les surfaces métalliques et les dimères d’adatomes
Approche scientifique des surfaces. Caractérisation et propriétés, de G. Bézauger et H. Mazille
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Préparer une surface métallique – îlots isolants (NaCl ou oxyde)
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Nanostructures moléculaires. Systèmes moléculaires isolés et autoassemblés
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Approche scientifique des surfaces – Caractérisation et propriétés
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