Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Picotechnologies

Les picotechnologies ou technologies à l’échelle atomique

Participants : Sébastien GAUTHIER, David MARTROU

L’échange d’énergie, de données ou d’ordre avec une seule et même molécule demande une nouvelle technologie pour maitriser les interactions d’une seule molécule avec plusieurs nano-électrodes ou avec plusieurs pointes ou encore avec plusieurs guides d’ondes diélectriques en une technologie planaire. Dans tous les cas, ces interactions doivent être maitrisées avec une précision bien meilleure que 0.1 nm, c’est-à-dire à l’échelle de l’atome. Il s’agit par exemple du cas de l’interaction électronique entre un fil moléculaire et ses plots d’interconnections. Ici, le recouvrement entre les orbitales moléculaires du groupement chimique terminal du fil moléculaire et les états de surface à l’extrémité du plot de contact varie exponentiellement avec la distance molécule-plot de contact. Tout défaut atomique ou tout désordre dans la structure du bout des plots de contact va modifier ces recouvrements et donc la conductance de contact du fil moléculaire. Il faut donc une précision de contact à mieux que 0.05 nm. La mécanique moléculaire sur surface est dans le même cas. Quand une molécule explore une surface, ses pieds ou ses roues sont adsorbés sur cette surface. Le moindre défaut atomique ou la moindre marche mono-atomique vont influencer la mécanique intramoléculaire de cette molécule lors de ses déplacements en surface. D’extrêmes précautions doivent donc être prises dans la préparation de la surface support de l’expérience ou de la molécule-machine, dans la fabrication des plots de contact mais également dans la fabrication des pointes STM ou AFM qui servent à imager ou à manipuler. Les techniques standards de nano-lithographie comme la lithographie électronique ou les techniques de nano-impression ne respectent pas la propreté à l’échelle atomique demandée par exemple pour maitriser la rotation d’une molécule engrenage ou interconnecter à un grand nombre de fils atomique à une molécule porte logique. Le groupe GNS a initié et poursuit actuellement un large programme de recherche en science des surfaces et en instrumentation pour la création et le développement d’une nouvelle technologie, à l’échelle atomique d’interconnexion encore appelée « picotechnologie » repoussant les nanotechnologies encore plus vers le bas.

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Photo prise à l’extérieur de la chambre UHV de la micro salle blanche
© CEMES-CNRS