Nanotechnologies

La nanoélectronique : des composants révolutionnaires

La Nanoélectronique : Des composants révolutionnaires

 

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  • Les nanotubes de carbone :

En 1985 les trois chercheurs R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) et H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) découvrent une nouvelle forme de carbone, la molécule de C60 ou fullerènes ce qui leur vaudra le prix Nobel de chimie en 1996. Ces fullerènes se composent de 60 molécules de carbone et se présentent sous diverses formes géométriques.

C’est en 1991 que les nanotubes seront découverts par S. Iijima (NEC, Tsukuba, Japon) qui l’identifie par microscopie électronique alors qu’il étudiait les fullerènes. Ces nanotubes se présentent comme des tubes creux concentriques séparés de 0,34 nanomètre (parfois il n’y a qu’un seul tube), avec un diamètre interne de l’ordre du nanomètre et une longueur de l’ordre de quelques micromètres. Ces structures allongées sont éventuellement fermées à leurs extrémités par des pentagones de carbone caractéristiques des fullerènes.

Depuis les recherches ont pris un essor extraordinaire tant sont spectaculaires à la fois la structure de cet objet et ses propriétés dans différents domaines dont la nanoélectronique et les effets de pointe sous champ électrique.

Un tel filament présente une résistance 100 fois supérieure à l’acier, pour un poids divisé par six, et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures. Pour réaliser l’infiniment petit du nanotube, il suffit de se dire qu’un nanotube de carbone d’une longueur équivalent à la distance Terre-Lune, enroulé sur lui-même, occuperait le volume qu’un pépin d’orange.

Leurs propriétés électriques, mécaniques et thermiques laissent entrevoir de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la microélectronique, des matériaux (car ils sont potentiellement cent fois plus résistants et six fois plus légers que l’acier), pour le stockage de l’hydrogène. De manière plus immédiate, les nanotubes sont aujourd’hui utilisés comme source d’électrons intense (pixels) dans les écrans plats flexibles par exemple.

 

Quelle utilisation potentielle pour le futur ?

  • Un ascenseur spatial : il serait en effet possible de créer une « corde » en nanotubes capable d’accrocher un satellite à la Terre. On aurait ainsi créé une sorte d’ascenseur nous permettant de monter et descendre dans l’espace. Alors même s’il faudrait une journée entière pour monter, cela serait bien plus calme qu’une fusée et consommerait bien moins d’énergie.

 

https://www.youtube.com/watch?v=5-rT10Mt72g

  • L’électronique moléculaire :

L’électronique moléculaire rapproche plusieurs domaines : la physique, la chimie et la science des matériaux. Elle intervient au niveau de la conception de composants électroniques en utilisant des « briques » moléculaires. C’est notamment grâce à l’électronique moléculaire qu’on pourrait, pour le bonheur des aficionados de science-fiction, pouvoir entrevoir une réduction de la taille en électronique par le contrôle des propriétés d’un objet à l’échelle « moléculaire ».

 

POINT SUR LA LOI DE MOORE :

clip_image002Tout d’abord, quand on parle des « lois de Moore » on pourrait également parler de « conjectures ».

Gordon E.Moore, ingénieur chez Fairchild Semiconductor (un des trois créateur d’Intel), observe une certaine conjecture en ce qui concerne la « complexité des semi-conducteurs proposés en entrée de gamme ». En 1965 il montre, toujours par conjecture, que la complexité de ces semi-conducteurs double tous les ans en restant à coût constant depuis la date de leur création en 1959.

 

10 ans plus tard, il détaillera encore sa conjecture en rendant l’évolution plus complexe. Ce ne sont plus les simples circuits intégrés qui double chaque année mais le nombre de transistors et de microprocesseurs sur une « puce de silicium ». Une prédiction qui se révèle exacte avec des machines électroniques qui sont de moins en moins chères et pour autant de plus en plus puissantes.

 

L’électronique moléculaire apparaît donc comme une solution pour étendre la Loi de Moore au-delà de la limite prévue pour les circuits intégrés conventionnels, le moment où la complexité des puces en silicium aurait dû se stabiliser. La Loi de Moore consistant en une densification et miniaturisation des transistors pourrait voire sa limite « palliée » par l’électronique moléculaire. En 2015, des chercheurs ont réussis à décrire une expérience permettant de mesurer le courant électronique à travers de longues molécules composées de 4 brins d’ADN. Le professeur D.Porath, professeur de l’Université Hébraïque de Jérusalem, explique que cette recherche ouvre la voie à la mise en œuvre de circuits programmables à base d’ADN. Une nouvelle génération de circuits informatiques qui seraient plus sophistiqués mais également moins chers et plus simples à fabriquer.

 

On distingue aujourd’hui deux grandes disciplines en ce qui concerne l’électronique moléculaire.

D’abord les matériaux moléculaires pour l’électronique. Ceci utilisent les propriétés de certaines molécules pour affecter directement les propriétés propres aux matériaux.

Mais également l’électronique à l’échelle moléculaire. Dans cette dernière, on se concentre sur des applications à une seule molécule.

 

 

Pour conclure, nous pouvons observer que les différents composants utilisés dans la nanoélectronique nous donnent encore aujourd’hui d’immense perspectives vers « l’infiniment petit ». En effet, le potentiel des nanotubes de carbones ou de l’électronique moléculaire n’a été découvert que très récemment et ne cesse de se révéler encore et toujours au travers des différentes recherches scientifiques.

Ainsi, on peut penser que les technologies dont nous faisons l’usage au quotidien ne cesserons de s’améliorer et de se miniaturiser. De plus, des usages qui semblent aujourd’hui de l’ordre de la science-fiction, tel que l’ascenseur spatial, nous font penser que l’évolution de la nanoélectronique va jouer un rôle fondamental dans l’évolution de notre quotidien.

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