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RÉSUMÉ
Sujet relativement complexe, les phénomènes de dissipation se retrouvent dans de nombreux domaines d’applications et de disciplines. Après un bref rappel du contexte actuel en terme de nanotechnologies, cet article s’attache à expliciter ces phénomène de dissipation dans les nanostructures. Sont également traités les origines des bruits associés à ces nanostructures. Par la suite, le cas particulier du bruit brownien est abordé. Puis, des explications sur la dissipation et sur les bruits dans un nanocapteur inertiel ainsi que dans un nanorésonateur terminent cet article.
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INTRODUCTION
Le terme de nanotechnologie est un nom générique qui regroupe une multitude de disciplines et d'applications sans réelle cohérence ou connexion. Nous pouvons citer pêle-mêle la nanoélectronique, la spintronique, l'électronique moléculaire, les nanomatériaux, les nanocristaux photoniques, les nanoparticules en cosmétique, les biopuces en biochimie, et les nanosystèmes électromécaniques.
L'électronique apparaît être le secteur le plus avancé sur le sujet des nanotechnologies.
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Accueil > Ressources documentaires > Innovation > Nanosciences et nanotechnologies > Nanosciences : concepts, simulation et caractérisation > Phénomènes de dissipation dans les nanostructures > Conclusion et perspectives
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3. Conclusion et perspectives
Ce dossier traite des phénomènes de dissipations et des bruits qui sont associés aux nanostructures rigides se déplaçant en translation pure ou élastique se déformant en flexion.
Ces phénomènes de dissipation constituent un sujet relativement complexe qui couvre un grand nombre de disciplines en physique. Nous avons vu d'une part que l'amortissement visqueux est très fortement influencé par l'effet d'échelle. Il faut ainsi tenir compte de la raréfaction du gaz environnant. Les calculs ne sont pas triviaux et font en général appel à des notions de physiques statistiques et moléculaire accompagnées de solides bases en simulation numérique. La simulation par algorithme de Monte-Carlo est un exemple typique. Par ailleurs, les calculs de dissipation relative aux nanopoutres nous montrent que les effets de couplages acoustiques (dissipation due au support) ou thermiques (dissipation thermoélastique) sont à considérer au premier ordre.
Le théorème de fluctuation/dissipation, stipulant que tout système dissipant de l'énergie est bruité, constitue la base de tous les calculs. Il permet de remonter aux bruits en considérant néanmoins que le système bruité peut être décrit par une équation similaire à celle de Langevin. Il apparaît clairement que les fluctuations en masse ou en volume (effet de la température ou de phénomènes d'adsorption) ne rentre pas dans ce cadre de calcul. Nous avons donc présenté un formalisme appliqué à ces deux cas sans introduire explicitement la notion de perte. Ces calculs sont spécifiques au cas des nanostructures car les phénomènes étudiés (adsorption et fluctuation de la température) ont très peu d'impact à l'échelle microscopique.
Finalement, les NEMS sont de formidables outils de mesure pour le physicien qui cherche à confronter la théorie à l'expérience (cf. [RE 58] Phénomènes quantiques dans les nanostructures). Ils présentent aussi des performances intéressantes :
-
d'une part, les NEMS inertiels exhibent des facteurs de qualité semblables à ceux des MEMS ;
-
d'autre part, les nanorésonateurs ont des facteurs de qualité proches de quelques milliers. Cette valeur est une décade en dessous de celles obtenues par des MEMS. Néanmoins, les fréquences de résonance...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SÉE (J.) - Théorie du blocage de Coulomb appliquée aux nanostructures semi-conductrices : modélisation des dispositifs à nanocristaux de silicium. - Thèse Doctorat, Université Paris XI, Orsay, déc. 2003.
-
(2) - EKINCI (K.L.) et al - Ultrasensitive nanoelectromechanical mass detection. - Applied Physics Letters, vol. 84, no 22, pages 4469 à 4471, mai 2004.
-
(3) - HUSAIN (A.) et al - Nanowire-based very-high-frequency electromechanical resonator. - Applied Phys. Letters, vol. 83, no 6, pages 1240 à 1242, août 2003.
-
(4) - CLELAND (A.N.), ROUKES (M.L.) - A nanometre-scale mechanical electrometer. - Nature, vol. 392, no 12, pages 160 à 162, mars 1998.
-
(5) - SCHWAB (K.) et al - Measurement of the quantum of thermal conductance. - Nature, vol. 404, page 974 (2000).
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