Des scientifiques de l’EPFL ont imprimé des capteurs de taille nanométrique, qui ont le potentiel d’améliorer les performances des microscopes à force atomique.
De minuscules capteurs fabriqués par impression 3D pourraient être à la base de la prochaine génération de microscopes à force atomique. Développés à l’EPFL, ces capteurs de taille nanométrique permettent de miniaturiser l’élément de détection des microscopes par un facteur 100, et ainsi améliorer leur sensibilité et leur rapidité de détection. La technologie a déjà été testée avec succès et pour la première fois sur des microscopes de l’EPFL. Les résultats sont publiés dans Nature .
Un tourne-disque miniature pour «sentir» les atomes
Très puissante, la technologie des microscopes à force atomique fonctionne un peu comme un tourne-disque miniature. Une minuscule faux dotée d’une pointe nanométrique se promène sur un échantillon, et analyse le relief, en sondant chaque atome. Les mouvements infimes de cette pointe vers le haut et le bas sont lus par un capteur pour reconstituer la topographie de l’échantillon. (cf: vidéo en bas d’article)
Une des façons d’améliorer ce microscope est de miniaturiser la faux, pour réduire l’inertie du dispositif, et augmenter la sensibilité et la vitesse de détection. Les chercheurs du Laboratoire de bioet nano-instrumentation y sont parvenus en plaçant sur le manche de la faux un capteur épais de 5 nanomètres, fabriqué par une technique d’impression 3D à l’échelle nanométrique. «Notre méthode permet de rendre cette faux 100 fois plus petite», assure Georg Fantner, directeur du laboratoire.
Des électrons qui sautent par-dessus les obstacles
Pour mesurer les déplacements de la pointe nanométrique vers le haut et le bas, on mesure la déformation du capteur, placé au bout du manche de la faux. Ces mouvements sont tellement infimes (moins d’un atome) que les chercheurs ont utilisé une astuce particulière.
En collaboration avec le groupe de Michael Hulth, de Université Johann Wolfgang Goethe de Francfort-sur-le-Main, ils ont fabriqué un capteur composé d’une matrice isolante en carbone, qui entoure des nanoparticules de platine, très conductrices. En temps normal, le carbone isole les électrons. Mais à l’échelle nanométrique, un effet quantique apparaît : les électrons sont capables de sauter à travers le matériau isolant, et de circuler d’une nanoparticule à l’autre. «C’est un peu comme si, sur un chemin, des piétons se trouvaient face à un mur, mais que les plus braves d’entre eux parvenaient tout de même à l’escalader, et à passer», indique Georg Fantner.
Ainsi, lorsque le capteur se déforme, les nanoparticules sont plus éloignées les unes des autres, et les électrons sautent moins. Les variations de courant révèlent donc la déformation du capteur, et la composition de l’échantillon.
Façonner des capteurs sur mesure
La véritable prouesse des chercheurs est d’avoir trouvé une méthode pour fabriquer des capteurs de dimension nanométrique en contrôlant parfaitement leur structure et leurs propriétés. «Nous diffusons sous vide un gaz précurseur contenant des atomes de platine et de carbone sur un substrat. Puis, nous envoyons un faisceau d’électrons. Les atomes de platines se regroupent et forment des nanoparticules, et les atomes de carbone forment naturellement une matrice autour d’elles», indique Maja Dukic, première auteure de la publication. «En répétant l’opération, nous pouvons construire des capteurs de l’épaisseur et de la forme que nous voulons», ajoute-t-elle. «Nous avons prouvé que nous pouvions construire ces capteurs, et qu’ils marchent sur des infrastructures actuelles. Notre technique peut maintenant être utilisée pour des applications extrêmement variées.» Ces applications vont des biocapteurs, aux capteurs pour les systèmes ABS des voitures, en passant par des capteurs tactiles sur des membranes flexibles, dans le domaines des prothèses ou de la peau artificielle.
(Source: www.toutestquantique.fr.) Remarque:Dans la publication EPFL, les «faux» sont 100 à 1000 fois plus petites, et il n’y a plus besoin d’utiliser un laser, grâce à la présence des capteurs imprimés en 3D
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Publication: Direct-write nanoscale printing of nanogranular tunnelling strain sensors for sub-micrometre cantilevers
