Paris, 27 juin 2007

Transistors à base de nanotubes de carbone… de plus en plus rapides
Des chercheurs de l'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN / CNRS – Universités Lille 1 et Valenciennes, Institut supérieur de l'électronique et du numérique) et du Service de Physique de l'Etat Condensé du CEA sont parvenus à réaliser des transistors à partir de nanotubes de carbone sur substrat de silicium. Ces transistors, principalement utilisés comme interrupteur commandé, atteignent des fréquences de coupure de 30 GHz(1), ce qui améliore d'un facteur 4 le dernier record obtenu par les mêmes équipes en août 2006. Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives pour les applications grand public nécessitant des fréquences de fonctionnement élevées.
L'électronique moléculaire a pour objectif de développer des composants fondés sur différents types de nano-objets et des systèmes pour le traitement de l'information. C'est ce type de technologie qui est, par exemple, utilisé pour des systèmes d'affichage tels que le papier électronique. Pour réaliser les composants élémentaires, on utilise généralement des éléments organiques, comme les polymères, qui sont déposés sur les surfaces par des procédés simples, identiques aux techniques d'impression papier (jet d'encre). Cependant ces matériaux sont dotés d'une faible mobilité électronique, ce qui limite en fréquence le transport du courant, donc la fréquence de commutation de chaque transistor élémentaire, et restreint les applications de cette technologie. Les nanotubes de carbone sont, quant à eux, caractérisés par une grande mobilité électronique, compatible avec des applications en électronique rapide ; ils peuvent également être déposés par des procédés technologiques peu coûteux.

Des chercheurs de l'IEMN et du CEA soutenus par le projet « PNANO HF-CNT » de l'Agence nationale de la recherche, ont utilisé une technique appelée « di-électrophorèse » pour obtenir un dépôt uniforme d'un grand nombre de nanotubes alignés. Ils sont parvenus à réaliser des transistors à base de nanotubes de carbone sur substrat de silicium atteignant des fréquences de coupure de 30 GHz. Ce résultat améliore d'un facteur 4 le dernier record obtenu par les mêmes équipes en août 2006. Ce procédé d'élaboration mis en œuvre s'effectue à température ambiante, ce qui le rend aussi totalement compatible avec les autres substrats à faible coût (verre, plastique…) et ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour les applications grand public nécessitant des fréquences de fonctionnement élevées.

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Paris, 14 octobre 2011

Les neutrinos dans l'Univers

Notre corps humain contient environ 20 millions de neutrinos issus du big bang, émet quelques milliers de neutrinos liés à sa radioactivité naturelle. Traversé en permanence par 65 milliards de neutrinos par cm2 par seconde venus du Soleil, il a été irradié le 23 février 1987 par quelques milliards de neutrinos émis il y a 150000 ans par l'explosion d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan. Les neutrinos sont également produits dans l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère ou dans les noyaux actifs de galaxies… Quelle est donc cette particule présente en abondance dans tout l'Univers où elle joue un rôle-clé ? Inventé par W.Pauli en 1930 pour résoudre le problème du spectre en énergie des électrons dans la désintégration b, le neutrino fut découvert par F.Reines et C.Cowan en 1956, auprès du réacteur nucléaire de Savannah River (Caroline du Sud). Il n'a plus depuis quitté le devant de la scène, que ce soit chez les physiciens des particules, les astrophysiciens ou les cosmologistes. Cette particule élémentaire, sans charge électrique, n'est soumise qu'à l'interaction faible, ce qui lui permet de traverser des quantités de matière importantes sans interagir. En 1938, H.Bethe imaginait que des réactions nucléaires de fusion étaient au coeur de la production d'énergie des étoiles, en premier lieu le Soleil. Dans les années 60, les astrophysiciens se lancent dans la construction de modèles solaires et des expérimentateurs dans la construction de détecteurs pour les piéger. Il a fallu attendre 2002 pour comprendre que le déficit de neutrinos solaires observé (le célèbre "problème des neutrinos solaires") était dû à un phénomène lié à la mécanique quantique, appelé l'oscillation des neutrinos. La mise en évidence de cette oscillation a apporté la preuve décisive que les neutrinos avaient une masse non nulle. Nous ferons le point sur cette particule fascinante après les découvertes récentes.

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Paris, 26 MARS 2010

Comment se déplacent des gouttes par ultrasons ?

Comprendre les mécanismes physiques qui permettent de déplacer une goutte en propageant une onde acoustique le long du substrat sur lequel elle repose : c'est le pari réussi des chercheurs de l'Institut d'électronique de microélectronique et nanotechnologies (CNRS/Université Lille 1/Ecole Centrale de Lille). Ils sont parvenus à détailler la structure des ultrasons qui se propagent dans la goutte et entraînent son oscillation puis son déplacement. Ces résultats, publiés dans la revue Physical Review E, pourraient être mis à profit pour optimiser les analyses biochimiques réalisées sur des puces à ADN, qui utilisent des gouttes de liquides biologiques.
Les chercheurs lillois ont étudié la dynamique d'une petite goutte posée sur un substrat, le long duquel se propage une onde acoustique (1), comparable aux premières ondes détectées par les sismographes au cours de secousses sismiques. Quel est l'effet de ce mini tremblement de terre sur la goutte ? Les chercheurs observent (voir le film ci-dessous, réalisé à la caméra rapide à 5000 images par seconde) que la goutte se déplace dans le sens de propagation de l'onde à une vitesse pouvant atteindre quelques centimètres par seconde. De plus, la forme de la goutte est modifiée : la goutte se met à osciller et elle est périodiquement étirée vers le haut et aplatie.
Pourquoi cette dynamique ? Les ondes acoustiques propagées présentent la particularité de se déplacer uniquement à la surface du substrat, sans y pénétrer. Elles ne subissent donc pas de déviation ou de réflexion et sont ainsi peu atténuées. Leur amplitude, de l'ordre du nanomètre, et leur fréquence, autour de 20 MHz (2), produisent des accélérations significatives : le substrat subit des déformations locales de 1 à 2 nanomètres répétées à un intervalle très court, ce qui fait osciller la goutte, la déforme et entraîne son déplacement dans le sens de propagation de l'onde.

Si l'on avait déjà observé ce phénomène, on ne connaissait pas les mécanismes physiques qui en étaient à l'origine. L'équipe de l'Institut d'électronique de microélectronique et nanotechnologies (CNRS/Université Lille 1/Ecole Centrale de Lille). en réunissant des concepteurs de microsystèmes, des acousticiens et des dynamiciens des fluides, ont identifié les mécanismes acousto-fluidiques conduisant à cette dynamique oscillatoire surprenante. Ils ont en effet réalisé une étude quantitative expérimentale ainsi que des simulations numériques qui leur ont donné la structure détaillée de l'onde acoustique à l'intérieur de la goutte.
Ils montrent que l'onde acoustique est en partie rayonnée dans le liquide, et en raison de la viscosité de ce dernier, il se crée un phénomène dit « d'acoustic streaming », comparable au phénomène qui produit un léger courant d'air à proximité d'un haut-parleur puissant. Ainsi, l'onde acoustique peut produire un écoulement constant et directionnel. Un autre phénomène s'additionne au précédent : si l'onde acoustique n'est que partiellement atténuée par la viscosité du liquide, elle parvient à atteindre l'interface entre le liquide et l'air de la goutte. La conservation de la quantité de mouvement à cette interface et la différence d'indices acoustiques entre l'eau et l'air induisent alors une pression de radiation qui déforme l'interface. Cette pression couplée à la dynamique propre de la goutte crée des oscillations.

Les applications de ce phénomène sont multiples. Tout d'abord, déplacer des petites gouttes permet de sécher sélectivement certaines parties d'une surface. Cette propriété pourrait être utile lorsque des gouttes sont confinées dans certaines zones d'une surface difficile d'accès.
Les gouttes sont par ailleurs de plus en plus utilisées pour réaliser des réactions biochimiques sur des puces à ADN. Cette technique permet avec une toute petite quantité de liquide biologique de tester toute une batterie de candidats médicaments par exemple ou de réaliser de nombreuses réactions enzymatiques. L'intérêt est de diminuer fortement le coût des tests. Or, en raison de la petite taille d'une goutte, il est difficile d'y assurer un mélange et les réactions sont très lentes. L'utilisation des ondes acoustiques permet de mélanger continuellement les composants et ainsi d'augmenter la rapidité des réactions. En comprenant comment agissent les ondes acoustiques sur le déplacement des gouttes, les chercheurs pourront optimiser ces réactions.

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