Bibliographie & annexes
Présentation
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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Préparer une surface métallique – îlots isolants (NaCl ou oxyde)
En anglais
2. Progrès instrumentaux de laboratoire
Vouloir travailler sur et avec un seul nano-objet comme une molécule, permet d'éviter les effets de moyenne et d'ensemble statistique et de discriminer les phénomènes physiques.
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Les principaux outils sont les microscopies à sonde locale, comme le microscope à effet tunneyl (STM) ( et ) et à force atomique (AFM) ( et ). Le développement technologique autour de cette instrumentation est un des facteurs importants de l'émergence des picotechnologies.
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La technologie du STM repose sur l'approche d'une pointe à quelques dixièmes de nanomètre d'une surface. Le contrôle de la distance pointe-surface z se fait par la mesure du courant d'électrons tunnel. La variation de ce dernier suit une loi exponentielle, telle qu'une variation d'un angström de z engendre une variation d'un ordre de grandeur du courant tunnel.
Ainsi, pour prendre un exemple avec des valeurs typiques, le courant, à travers une jonction tunnel aux bornes de laquelle une tension de un volt est appliquée, passera de 0,1 nA à 1 nA lorsque z diminuera de 6 Å à 5 Å.
Sur la microscopie à sonde locale
Microscopie à sonde locale de F. Salvan et F. Thibaudau
Sur les microscopes à effet tunnel et à force atomique
Microscopie à force atomique (AFM) de J. C. Rivoal et C. Fretigny
Nanostructures moléculaires. Systèmes moléculaires isolés et autoassemblés de F. Chérioux et F. Palmino
De cette variation exponentielle, on tire la très grande sensibilité du STM en résolution verticale. Le STM permet un contrôle de la position verticale z de la pointe de l'ordre de 0,1 pm et la mesure des courants inférieurs à 0,1 pA (figure 1). La résolution latérale, quant à elle, est généralement d'un ordre de grandeur plus élevé et peut atteindre 1 pm. À ces échelles-là, on comprend aisément que l'ensemble du dispositif de mesure soit placé dans un environnement adapté, c'est à dire en s'affranchissant, autant que possible, des vibrations mécaniques parasites, dans l'ultra-haut vide (10–10 –10–11 mbar) et à très basse température (entre 75 et 4 K), pour les machines les plus performantes sur le marché.
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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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