NanoCarsRace : une course à l’infiniment petit !
Une course à l’échelle de l’infiniment petit…
Quatre « voitures » invisibles, une piste en or, 36 heures de compétition. Cette course automobile hors du commun commence ce vendredi 28 avril à 10h45 à Toulouse.
Organisée par le CNRS, la « Nanocar Race » met en compétition quatre bolides minuscules, constitués de quelques centaines d’atomes seulement (quelques milliardième de mètre). La piste, en or, est 50.000 fois plus fine que l’épaisseur d’un trait de stylo.
Bienvenue dans le nanomonde. La course de NanoCar se situe à une échelle très petite, celle des molécules et des atomes : l’échelle nano… comme nanomètre ! Un nanomètre c’est un milliardième de mètre, soit 0,000000001 mètre ou 10-9 m. En gros, c’est :
- 500 000 fois plus fin que l’épaisseur du trait de stylo à bille ;
- 30 000 fois plus fin que l’épaisseur d’un cheveu ;
- 100 fois plus petit que la molécule d’ADN ;
- 4 atomes de silicium mis l’un à côté de l’autre.
Le Microscope 4-STM : Comment peut-on voir à l’échelle nano ?
Un microscope très puissant est nécessaire pour observer des molécules et des atomes : le microscope à « effet tunnel »ou STM (scanning tunneling microscope) le permet et c’est aussi lui qui fait avancer les NanoCars.
© Cyril FRESILLON/CEMES/CNRS Photothèque
Le microscope à « effet tunnel » a été inventé en 1981 par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui ont obtenu à ce titre le prix Nobel de physique en 1986. L’effet tunnel est un phénomène qui relève de la mécanique quantique : à l’aide d’une pointe et d’un courant électrique, le microscope va utiliser ce phénomène pour déterminer la conductance électrique entre la pointe et la surface ; c’est-à-dire la quantité de courant qui passe à travers. En balayant ligne après ligne, on obtient une cartographie électronique de la surface et de chaque atome ou molécule posés dessus.
L’ « effet tunnel » survient à l’échelle atomique et subatomique et donc ne s’explique pas par la mécanique classique… Quand la pointe du microscope à effet tunnel s’approche à moins de 1 nm de la surface, les électrons de la pointe hésitent à rester sur la pointe et peuvent être transférer à la surface. C’est ça l’effet tunnel.
Un ensemble inédit de microscopes à effet tunnel à Toulouse
Au Centre d’élaboration de matériaux et d’études structurales (CEMES) du CNRS à Toulouse, c’est un microscope STM unique au monde qui permet de réaliser la course : équivalent à quatre microscopes à effet tunnel, ce dispositif est le seul permettant de cartographier simultanément et indépendamment 4 portions de piste en temps réel grâce à 4 pointes de tungstène.
Quelques NanoCars vues sous STM
Difficile à imaginer : la résolution des images fournies est de 2 picomètres, soit 10-12 m !
Voir et manipuler les NanoCars
Visualiser 4 portions de la course n’est pas la seule prouesse : les pointes du microscope donnent à 4 NanoCars l’énergie nécessaire pour avancer. Chacune des 4 équipes aura à sa disposition des écrans de contrôle pour guider et contrôler sa voiture.
© Hubert RAGUET CEMES CNRS Photothèque