Minuscules mais polyvalents – Les nanofils produits sous vide ont un énorme potentiel

Minuscules mais polyvalents – Les nanofils produits sous vide ont un énorme potentiel

Des panneaux solaires plus efficaces, des ordinateurs plus rapides, un matériel de diagnostic médical plus précis – les nanofils semi-conducteurs pourraient contribuer à toutes ces améliorations. Les scientifiques spécialisés dans les matériaux les développent à des niveaux de vide très poussés.
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Le fil extrait du fer, du cuivre ou de l'acier est un matériau pratique que l'humanité utilise depuis le milieu de l'Âge du Bronze. Le nanofil n'en a gardé que la forme et le nom. En plus du métal, le nanofil peut également se composer de semi-métal ou de carbone pur, et est synthétisé au lieu d'être extrait de matières premières solides pendant la fabrication. La différence cruciale réside toutefois dans la taille : plusieurs micromètres de long tout au plus, avec un diamètre compris en 5 et 100 nanomètres. Un cheveu humain a une épaisseur d'environ 50 000 nanomètres et, en comparaison, il ressemble à une corde épaisse semblable à celles utilisées sur les bateaux.

Des blocs de construction performants et polyvalents

Les longues structures ont été découvertes au début des années 1990. Les chercheurs et spécialistes des matériaux ont rapidement reconnu le potentiel de ces longs objets. Par exemple, les petits fragments sont considérés comme particulièrement utiles dans le développement de la miniaturisation des composants électroniques, les faisant passer du niveau micro à l'échelle nanoscopique.

Les dimensions minuscules du monde de la nanotechnologie sont régies par des lois physiques très particulières. Le courant électrique peut être plus facilement contrôlé dans un nanofil que dans les matériaux conventionnels, parce que les électrons se déplacent plus rapidement – un aspect important pour fabriquer des micro-puces innovantes, ou plutôt des nano-puces. À l'avenir, il sera probablement possible de construire des ordinateurs particulièrement puissants ou des capteurs très précis pour les équipements de diagnostic médical, en utilisant des nanofils.

La technologie photovoltaïque représente un autre champ d'application prometteur. Les cellules solaires conventionnelles peuvent absorber environ 60 pour cent de la lumière du soleil. Les nanofils placés côte à côte pourraient en absorber 90 pour cent. Les structures miniatures peuvent également se regrouper, et émettre de la lumière. Placées dans des puces, elles pourraient être utilisées comme des petits lasers semi-conducteurs.

Le vide crée un environnement de croissance pure

Les nanofils doivent être composés d'un matériau extrêmement pur, exempt de toute contamination, pour révéler leurs caractéristiques uniques. C'est la raison pour laquelle ils sont fabriqués en utilisant des niveaux de vide très poussés. Busch est également actif dans ce domaine.

Dans un premier temps, plusieurs atomes ou petites molécules sont projetés sur des plaquettes de support en silicone. Les cristaux semi-conducteurs s'organisent ensuite de manière autonome, et croissent vers le haut pour créer la forme de fil désirée. Il est même possible de créer des nanofils semi-conducteurs multicouches sur mesure utilisés à des fins spécifiques en recourant à ce processus. Les couches individuelles peuvent gérer différentes tâches, et étendre encore les possibilités techniques. La recherche est en plein essor.

Les lois classiques de la physique ne sont pas aussi universelles que nous l'avions longtemps supposé. En s'enfonçant dans les mondes minuscules jusqu'à l'échelle nanoscopique, les chercheurs ont découvert quelque chose de surprenant : ils ont franchi un seuil à 50 nanomètres. En dessous de ce seuil, les substances suivent les lois de la physique quantique.

Vu que les nanoparticules sont extrêmement petites, leur surface est très grande par rapport à leur volume. En raison de ces surfaces relativement grandes, les nanoparticules sont particulièrement sujettes aux réactions chimiques. Les forces d'inertie perdent leur influence, alors que l'effet des forces de surface, comme la force de Van der Waals, augmente. Les charges de surface et les effets thermodynamiques, comme le mouvement brownien, jouent également un rôle – plus la particule est petite, plus l'effet est puissant.

Cela confère aux nanoparticules des propriétés optiques, magnétiques et électriques très différentes de celles des particules ou solides de plus grande dimension. Par exemple, l'or a une lueur rouge à pourpre dans le monde nanométrique. Les gouttelettes d'eau de taille nanométrique restent stables pendant des heures et peuvent même flotter dans l'air sans s'évaporer. Les nanotubes de carbone sont extrêmement résistants à la déchirure, et sont élastiques. Ils conduisent la chaleur et, en fonction de la structure, peuvent également conduire le courant avec des pertes minimales.


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