Enclencher un mouvement puis l’arrêter, c’est à l’échelle nanométrique un défi scientifique immense, et c’est tout l’enjeu du projet signé entre la France et les USA pour trois ans. Un travail de recherche fondamentale par excellence, mais dont on suppose déjà qu’il permettra de grandes avancées dans le domaine des nanotechnologies.
Un ou deux milliardièmes de mètre, c’est la taille d’une molécule, et c’est à cette incroyable dimension que se mesure un savant trio du laboratoire FEMTO-ST. Physique, chimie et modélisation, les trois spécialités réunissent leurs forces vives pour maîtriser l’infiniment petit. Pour se représenter l’échelle, on peut imaginer mettre côte à côte des molécules mesurant un nanomètre pour former une longueur d’un mètre. À raison d’une molécule par seconde, il faudrait pour y parvenir quelque… 31 ans ! En terme de masse, un gramme de sucre, par exemple, représente en quantité trois mille milliards de milliards de molécules ! Des chiffres d’autant plus extraordinaires que les chercheurs de FEMTO-ST savent isoler et observer une seule de ces molécules sur une surface grâce à un microscope à effet tunnel, initiateur de telles prouesses technologiques. L’étape suivante est d’imposer un mouvement à cette matière infinitésimale, puis de savoir l’arrêter. Un autre objectif est de réaliser un engrenage, une molécule-machine en entraînant une autre à la manière d’un système de roues crantées. La dimension totale de cette chaîne de molécules animées avoisinera trois nanomètres, soit moins de 0,01 millième de l’épaisseur d’un cheveu ! Un choc électrique ou une source d’énergie lumineuse provoquera sa mise en mouvement.
Transport de la matière et réalisation d’engrenages à l’échelle nanométrique sont des révolutions technologiques dont les chercheurs savent pouvoir triompher à très court terme. Ces perspectives ont retenu l’attention de l’ANR, l’Agence nationale de la recherche française, et de son homologue américaine, la NSF, la National Science Foundation, au titre des appels conjoints internationaux 2009. Le projet réunit trois laboratoires : FEMTO-ST (Besançon – Montbéliard), le CEMES de Toulouse et l’université de l’Ohio aux USA. FEMTO-ST se voit attribuer un financement de 250 000 € pour une durée de trois ans, un budget d’une importance certaine pour un projet de recherche fondamentale. Hébergé à Montbéliard, l’ensemble expérimental, associant microscope à effet tunnel sous ultrahaut vide et microscope à force atomique ultraperformant, sera unique en France et a déjà permis d’obtenir des travaux mondialement reconnus. Originalité du travail comtois, l’étude des molécules s’effectue sur des substrats semi-conducteurs à température ambiante. Le mésocentre de calcul de l’université de Franche-Comté est mis à contribution pour simuler les propriétés des molécules sur les surfaces.
Sur la période 2008 – 2011, pas moins de 400 000 €, provenant de diverses sources de financement, seront consacrés à la remise à jour de l’équipement. En marge du projet franco-américain, les recherches de l’équipe FEMTO-ST sont également soutenues très activement par la Région Franche-Comté et par la Communauté d’agglomération du pays de Montbéliard depuis 2005. Des investissements à la hauteur des progrès que laissent augurer ces projets, aussi bien en électronique que dans les domaines de l’énergie et du développement durable.
Crédit photo FEMTO-ST
Microscope à effet tunnel permettant l'observation des molécules déposées sur les surfaces semi-conductrices
Contact : Frédéric Chérioux – Frank Palmino
Département MN2S – Micro nano sciences et systèmes
Institut FEMTO-ST
Université de Franche-Comté / CNRS / ENSMM / UTBM
Tél. (0033/0) 3 81 85 39 51 / (0033/0) 3 81 99 47 12