Tatouer à l’échelle nano



La Cellule d'Appui à la Recherche et à l'Enseignement en Microscopie (CAREM) de l’Université de Liège vient de faire l’acquisition d’un instrument de pointe qui permet la gravure et l’imagerie à une échelle nanométrique (un millionième de millimètre). Grâce à ce microscope à force atomique, il est possible d'obtenir une image de la topographie de la surface ou de dessiner des motifs de quelques nanomètres en gravant cette même surface.

C

’est dans le but d’illustrer de manière ludique la performance du nouvel instrument acquis par la CAREM (Unité de recherches CESAM / Faculté des Sciences) que Emile Fourneau, chercheur au sein du laboratoire Experimental Physics of Nanostructured Materials (EPNM), a relevé le défi de reproduire le logo de l'Université de Liège sur une structure aux dimensions microscopiques … un cheveu ! Et c’est pari tenu puisque non seulement il a réussi, mais en plus, il aurait pu en graver des milliers d’autres. « Au final, la taille du motif réalisé ne dépasse pas celle d’un globule rouge, explique le chercheur. La largeur des traits de ce dessin est comparable à la taille d’un virus tandis que la profondeur de la gravure est d’environ 30 nm, soit l’équivalent d’environ 300 atomes. » Avec des dimensions d’écriture réduites au millionième de millimètre, l’instrument pourrait inscrire jusqu’à 30.000 noms sur un petit bout de cheveu à condition de disposer du temps nécessaire pour réaliser cette tâche, la gravure d’un mot prenant environ autant de temps que son écriture manuelle.

L'instrument, utilisé dans les laboratoires de la plateforme de nanofabrication de l’ULiège gérée par les Pr Alejandro Silhanek et Ngoc Duy Nguyen au sein du Département de Physique, est un microscope à force atomique, un instrument de pointe qui permet la gravure ainsi que l’imagerie à échelle nanométrique (10-9 m). « Il s'agit d'un stylet dont l'extrémité de la pointe ne dépasse pas une dizaine de nanomètres et dont le déplacement dans les trois directions de l'espace – hauteur, largeur, profondeur - est contrôlé avec une résolution nanométrique, explique Alejandro Silhanek, directeur du laboratoire EPNM. Selon le type de pointe et la force appliquée par celle-ci sur la surface de l'échantillon, il est possible d'obtenir une image de la topographie de la surface - similaire à la façon dont un doigt lit un texte en Braille - ou de graver des motifs de quelques nanomètres en grattant cette même surface.»

Silhanek Petit LOGO ULiege

Contrairement à d'autres techniques de lithographie telles que la lithographie par faisceau d'électrons à laquelle les chercheurs de l’ULiège ont également recours, la lithographie par microscopie à force atomique est très polyvalente. Elle fonctionne à pression et température ambiante, dans l'air ou immergée dans un liquide, peut s'appliquer sur presque n'importe quelle surface (courbée ou plate, conductrice ou isolante, etc.) et ne nécessite aucune préparation de l'échantillon au préalable. « Dans le cadre de nos projets de recherche, ce nano-stylo nous permet notamment la correction ou la modification ciblée et in situ de nano-circuits d'électronique quantique ou magnonique, indépendamment de la nature des matériaux utilisés dans leur fabrication, reprend Alejandro Silhanek. Concernant les capacités d'imagerie de l'instrument, le choix d'une pointe particulière (aimantée, conductrice, etc.) nous permet également d'imager les domaines magnétiques et électriques, de différencier les phases d'un matériau ou de mesurer les variations de dopage d'un semiconducteur. » Une liste qui est loin d'être exhaustive.

Le groupe de recherche du professeur Silhanek est actif dans de nombreux domaines concernant la physique à basses dimensions tels que les matériaux supraconducteurs et magnétiques, les métamatériaux et les capteurs quantiques. Les principaux atouts expérimentaux du laboratoire sont une plateforme de nanofabrication par faisceau électronique, un système polyvalent de déposition ainsi que des installations permettant de pratiquer de l'imagerie magnéto-optique et des mesures de transport électrique à basse température. Les sujets d'intérêt sont actuellement les fluctuations dans les supraconducteurs à l'échelle nanoscopique, l'électromigration contrôlée, la manipulation de quanta de flux magnétique et les instabilités thermomagnétiques dans les supraconducteurs.

Vos contacts à l’ULiège

Alejandro Silhanek

Ngoc Duy Nguyen

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