Progrès instrumentaux de laboratoire
Picotechnologies : des technologies pour l'échelle atomique

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.

• 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.

  • 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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