Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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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6. Enjeux et attentes
Comme nous l'avons illustré dans ce dossier, les picotechnologies n'en sont encore qu'au stade du laboratoire. C'est la première fois que l'Homme a un accès aux constituants élémentaires de la matière sensible avec une telle précision de manipulation et une telle palette d'outils. C'est maintenant un champ immense d'exploration qui s'ouvre devant nous avec des attentes fortes liées essentiellement à une recherche fondamentale.
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Toutefois, une pression extérieure pourrait rapidement venir de la micro-électronique arrivant en fin de cycle. La version 2009 de la fameuse ITRS roadmap va en effet intégrer pour la première fois des pistes technologiques comme les molécules-portes logiques, les commutateurs atomiques ou les mémoires à atomes. La future précision atome par atome des procédés de fabrication y est clairement soulignée. Ces technologies vont permettre de fabriquer et d'étudier les dispositifs ultimes, en terme de nombre d'atomes, qu'il est possible de fabriquer et un jour d'industrialiser.
Citons, par exemple, des processeurs moléculaires utilisant les ressources quantiques d'une seule molécule pour réaliser des opérations de calcul complexe, ou encore des machines mono-moléculaires capables d'effectuer des mouvements contrôlés, des transports d'atomes ou de molécules, des catalyses réversibles…
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Les recherches en picotechnologies incitent les compagnies à développer leurs produits en les poussant dans leur dernier retranchement. Si on prend l'exemple d'un système avec quatre pointes STM sous SEM, présenté plus haut, les fabricants industriels voient un grand intérêt à développer à l'extrême de tels instruments. Dans le contexte top-down des fonderies de la micro-électronique, ces instruments rendent déjà de grands services dans la caractérisation des processus de fabrication et des nano-transistors dont la distance source-drain va avoisiner les 10 nm dans les années à venir.
En même temps, ces instruments sont progressivement détournés par certains laboratoires de recherche pour leur besoin d'interconnexion à l'échelle atomique, comme nous l'avons illustré plus haut. Il se met donc en place un cycle vertueux d'innovation au service de la fin de vie d'une technologie nous venant du siècle dernier et d'une future technologie à l'échelle atomique. Les fabricants d'instruments intègrent progressivement ces détournements en préparation des enjeux...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JOACHIM (C.), PLEVERT (L.) - Nanosciences. La révolution invisible - Éd. Seuil, Paris (2008).
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(2) - AIGOUY (L.), DE WILDE (Y.), FRETIGNY (C.) - Les nouvelles microscopies – À la découverte du nanomonde - Éd. Belin, Paris (2006).
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(3) - GIESSIBL (F.) - Advances in atomic force microscopy - Review of Modern Physics, 75, 949-983 (2003).
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(4) - DIDIOT (C.), PONS (S.), KIERREN (B.), FAGOT-REVURAT (Y.), MALTERRE (D.) - Nanopatterning the electronic properties of gold surfaces with self-organized superlattices of metallic nanostructures - Nature Nanotechnology, 2, 617-621 (2007).
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(5) - VARCHON (F.), MALLET (P.), MAGAUD (L.), VEUILLEN (J.-Y.) - Rotational disorder in few-layer graphene films on 6H-SiC(000-1) : A scanning tunneling microscopy study - Physical Review B 77, 165415 (2008).
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(6) - STOLYAROVA (E.), RIM (K.T.), RYU (S.), MAULTZSCH...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Microscopie à sonde locale
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Microscopie à force atomique (AFM)
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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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(Nano)structuration douce de surfaces
1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
Zyvex (USA et Japon)
Omicron (Allemagne)
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