Les nanosciences. 1 , Nanotechnologies et nanophysique

Résumé

Les plus récentes informations dans le champ de la recherche sur les nanotechnologies et les nanosciences. La maîtrise technologique permet de créer des objets nanométriques et stimule une recherche fondamentale marquée par la convergence de multiples disciplines (physique, chimie, biologie, mécanique).

Contributeur(s)
Éditeur(s)
- Belin
Date
- 2009
Notes
- Bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 748 p. : ill. ; 24 x 17 cm
Collections
- Echelles
Sujet(s)
- Nanotechnologie
- Microtechniques
ISBN
- 978-2-7011-5347-6
Indice
- 62.5 Nanosciences, nanotechnologies
Quatrième de couverture
- Les nanosciences
  1 ¤ Nanotechnologies et nanophysique
  À la croisée de multiples disciplines (physique, chimie, biologie, mécanique, etc.), les nanotechnologies et les nanosciences s'imposent aujourd'hui comme l'un des champs majeurs de recherche des années à venir. En effet, la maîtrise de l'échelle nanométrique aura des implications dans des domaines aussi variés que le magnétisme, le stockage de l'information, la biologie, ou encore l'électronique, avec le développement de composants totalement nouveaux.
  Des techniques de champ proche aux procédés de lithographie, des fullerènes à l'électronique de spin, ce premier tome, destiné à la fois aux étudiants et aux chercheurs, dresse un panorama complet et actuel, aussi bien théorique que technique, des nanotechnologies et de la nanophysique. Un deuxième tome est consacré aux nanomatériaux et à la nanochimie, un troisième aux nanotechnologies et à la nanobiologie.
Tables des matières
- - Les nanosciences
  - 1 ¤ Nanotechnologies et nanophysique
  - Marcel Lahmani
  - Claire Dupas
  - Philippe Houdy
  - Belin
  - Préface15
  - Remerciements16
  - Introduction Nanophysique et Nanotechnologies17
  - Partie I : Les outils à l'échelle du nanomètre
  - Chapitre 1 Les procédés de lithographie et de gravure26
  - 1 Définitions et généralités26
  - 2 Résines26
  - 2.1 Exemple de procédé sur une résine polymère27
  - 2.2 Sensibilité et contraste28
  - 2.3 Exemple d'une résine positive30
  - 2.4 Étape de transfert31
  - 3 Transfert soustractif32
  - 3.1 La gravure humide32
  - 3.2 La gravure sèche34
  - 3.3 Gravure ionique réactive36
  - 4 Transfert additif37
  - 4.1 Le lift-off38
  - 4.2 La croissance électrolytique39
  - 5 Les lithographies41
  - 5.1 Panorama des méthodes de lithographie41
  - 5.2 Photolithographies en proximité et en contact42
  - 5.3 Photolithographie par projection44
  - 5.4 Photolithographie par rayon X48
  - 5.5 Lithographie UV extrême49
  - 5.6 Lithographie électronique de projection49
  - 5.7 Lithographie ionique de projection51
  - 5.8 Lithographie par faisceaux d'électrons51
  - 5.9 La lithographie par faisceau d'ions focalisés (FIB)56
  - 5.10 Conclusions59
  - Chapitre 2 Croissance de nano-objets organisés sur des surfaces pré-structurées61
  - 1 Introduction61
  - 2 Phénomènes physiques à l'origine d'une pré-structuration du substrat et de la croissance périodique des adsorbats62
  - 2.1 Cristallographie des surfaces : énergie de surface et contrainte de surface63
  - 2.2 Surfaces auto-organisées : discontinuité de la contrainte de surface67
  - 2.3 Croissance tridimensionnelle : critère énergétique et compétition entre énergie élastique de volume et énergie de surface68
  - 2.4 Le rôle du potentiel chimique comme moteur pour guider la croissance des adsorbats : effet de courbure et contraintes élastiques71
  - 3 Méthode d'élaboration des nano-objets : les techniques physiques ou chimiques72
  - 4 Croissance de nano-objets sur une surface naturellement pré-structurée via ses propriétés intrinsèques74
  - 4.1 Croissance sur les surfaces auto-organisées74
  - 4.2 Intérêt de la croissance sur surfaces vicinales76
  - 5 Croissance de boîtes quantiques sur une surface pré-structurée par imposition d'un motif artificiel contrôlé77
  - 6 Croissance de nano-objets sur une surface vicinale pré-structurée par couplage d'une structuration naturelle et artificielle80
  - 6.1 Pré-structuration de la surface Si(111) vicinale80
  - 6.2 Croissance de nano-objets d'or sur Si(111) pré-structuré82
  - 6.3 Croissance de réseaux de nanoplots à l'aide d'une membrane poreuse83
  - Chapitre 3 Microscope à effet tunnel88
  - 1 Introduction88
  - 1.1 Concept général88
  - 1.2 Schéma fonctionnel89
  - 1.3 Préparation des pointes90
  - 2 Le courant tunnel91
  - 2.1 L'effet tunnel entre une pointe et une surface91
  - 2.2 Le courant tunnel : théorie de Tersoff et Hamann [2]91
  - 2.3 Extension de la théorie de Tersoff et Hamann92
  - 2.4 Résolution93
  - 2.5 Le contraste94
  - 2.6 Mesure de la hauteur de barrière94
  - 2.7 Quelques illustrations96
  - 3 La spectroscopie STM98
  - 3.1 Courant élastique98
  - 3.2 Mesure de la bande interdite de semi-conducteurs 3-5100
  - 3.3 Spectroscopie de boîtes quantiques individuelles101
  - 3.4 Courant tunnel inélastique102
  - 4 Interaction pointe-surface102
  - 4.1 Les différents modes102
  - 4.2 Chimie locale104
  - 5 Conclusion105
  - Chapitre 4 Les microscopies à champs de force108
  - 1 Introduction108
  - 2 L'instrument108
  - 3 Les différents modes d'imagerie110
  - 4 La résolution des images112
  - 5 Contact : imagerie de topographie, d'élasticité et d'adhérence114
  - 5.1 Le mode frottement116
  - 6 Les modes résonnants117
  - 6.1 Principe général117
  - 6.2 Le mode résonnant linéaire118
  - 6.3 Le mode tapping ou résonnant non-linéaire119
  - 7 Mesures de force122
  - 7.1 Mesures hors contact122
  - 7.2 Mesures d'élasticité et d'adhésion d'une molécule123
  - 8 Mesures magnétiques et électriques123
  - 8.1 Mesures magnétiques124
  - 8.2 Mesures électriques124
  - 9 Mesure de propriétés mécaniques126
  - 9.1 Nano-indentation126
  - 9.2 Mesure de raideur de contact127
  - 9.3 Fréquence de résonance au contact128
  - 9.4 Forces de frottement128
  - 10 Applications pour les nanotechnologies129
  - 11 Conclusion131
  - Chapitre 5 Champ proche optique : De l'expérience à la théorie134
  - 1 Bases et position du problème134
  - 1.1 Résolution, champ lointain et champ proche : quelques exemples simples134
  - 1.2 Bref rappel « historique » aux méthodes de champ proche135
  - 1.3 La microscopie à champ proche optique : pour quoi faire ?136
  - 2 Le microscope à effet tunnel optique (PSTM)136
  - 2.1 Introduction : la frustration des champs évanescents137
  - 2.2 La Sonde PSTM dans le champ évanescent : un modèle « diffusif »137
  - 2.3 Applications du PSTM138
  - 3 Le Microscope à champ proche « sans ouverture »139
  - 3.1 Une nano-antenne qui rayonne vers le champ lointain139
  - 3.2 L'origine du contraste : le modèle de la sphère diffusante139
  - 3.3 Le pouvoir des pointes : résolution et efficacité140
  - 3.4 Exaltation du champ au voisinage d'une pointe métallique141
  - 3.5 SNOM sans ouverture : un exemple typique de montage SNOM143
  - 4 Le Microscope en champ proche optique (SNOM) « à ouverture »145
  - 4.1 La fibre métallisée146
  - 4.2 Transmission de l'énergie dans une fibre métallisée taillée en pointe146
  - 4.3 Applications du montage SNOM à ouverture147
  - 5 Développement en ondes planes. Limite de diffraction148
  - 5.1 Propagation d'un faisceau dans le vide149
  - 5.2 Relations d'incertitude et diffraction150
  - 5.3 Limite de diffraction151
  - 6 Au-delà de la limite de diffraction : champ proche et ondes évanescentes152
  - 6.1 Ondes évanescentes. Echelles de longueur152
  - 6.2 Retour aux relations d'incertitude153
  - 7 Rayonnement électromagnétique. Champ proche et champ lointain154
  - 7.1 Rayonnement d'une source élémentaire (dipôle électrique)154
  - 7.2 Rayonnement en champ lointain. Retour sur la limite de diffraction154
  - 7.3 Rayonnement en champ proche. Limite quasi-statique155
  - 7.4 Vers la modélisation156
  - 8 Emission dipolaire au voisinage d'une nanostructure156
  - 8.1 Amortissement de l'émission dipolaire par rayonnement157
  - 8.2 Emission dipolaire en espace libre158
  - 8.3 Emission dipolaire au voisinage d'un objet158
  - 8.4 Lien avec l'approche quantique160
  - 8.5 Exemple simple : émission dipolaire devant un miroir plan161
  - 8.6 Emission dipolaire au voisinage d'une nanoparticule. Couplage radiatif et non radiatif162
  - Chapitre 6 Nanolithographies émergentes166
  - 1 Introduction166
  - 2 Lithographie par nano-impression167
  - 2.1 Nano-impression thermique167
  - 2.2 Nano-impression assistée par U.V171
  - 2.3 Nanoimpression souple assistée par UV172
  - 2.4 Procédé hybride ou mix and match173
  - 2.5 Champ d'applications174
  - 3 Nanomoulage175
  - 3.1 Nanomoulage par compression175
  - 3.2 Lithographie molle177
  - 3.3 Encrage moléculaire180
  - 4 Lithographie en champ proche181
  - 5 Conclusion182
  - Partie II : Les nano-objets
  - Chapitre 7 Agrégats et colloïdes186
  - 1 Introduction186
  - 2 Forme d'équilibre187
  - 2.1 Modèle de la goutte187
  - 2.2 Polyèdre de Wulff189
  - 2.3 Au-delà du polyèdre de Wulff190
  - 2.4 La liaison van der Waals195
  - 2.5 La liaison covalente196
  - 2.6 La liaison ionique197
  - 3 Grandeur caractéristique : le rayon198
  - 3.1 Grandeurs thermodynamiques : la température de fusion198
  - 3.2 Grandeurs électroniques201
  - 4 Grandeur caractéristique : les fluctuations204
  - 4.1 Température de fusion204
  - 4.2 Modèle de Kubo206
  - 5 Effets quantiques spécifiques dans les systèmes nanométriques et excitations collectives209
  - 5.1 Structure en couches électroniques210
  - 5.2 Supercouches électroniques219
  - 5.3 Propriétés optiques. Excitations collectives226
  - 6 Méthodes de préparation239
  - 6.1 Méthodes physiques en phase gazeuse239
  - 6.2 Méthodes chimiques en phase liquide - Colloïdes métalliques244
  - 7 Assemblées d'agrégats ou colloïdes248
  - 7.1 Assemblages d'agrégats métalliques249
  - 7.2 Techniques de dépôts d'agrégats ou colloïdes251
  - 7.3 Mécanismes caractéristiques de formation de nanostructures par assemblages d'agrégats252
  - 7.4 Quelques exemples de systèmes nanostructurés nouveaux préparés par dépôts d'agrégats255
  - 8 Conclusion et perspectives261
  - Chapitre 8 Fullerènes et nanotubes de carbone271
  - 1 Introduction271
  - 2 Les nanotubes et les différentes formes cristallines du carbone272
  - 2.1 Rappels sur le diamant et le graphite272
  - 2.2 Découvertes des fullerènes273
  - 2.3 Découvertes des nanotubes de carbone273
  - 3 Les fullerènes274
  - 3.1 Structure des fullerènes274
  - 3.2 Production des fullerènes275
  - 3.3 Propriétés Physicochimiques du Buckminsterfullerène276
  - 4 Les nanotubes de carbone280
  - 4.1 Structure cristalline des nanotubes280
  - 4.2 Structure électronique des nanotubes de carbone282
  - 4.3 Auto-organisation des nanotubes290
  - 4.4 Variétés chimiques de nanotubes290
  - 4.5 Synthèse des nanotubes291
  - 4.6 Mécanismes de croissance des nanotubes de carbone294
  - 4.7 Observation des nanotubes296
  - 4.8 Propriétés des nanotubes300
  - 4.9 De la science aux applications302
  - 5 Pour en savoir plus308
  - Chapitre 9 Les nanofils311
  - 1 Introduction311
  - 2 Les techniques d'élaboration312
  - 3 L'approche « top-down »313
  - 3.1 « Soft » lithographies313
  - 3.2 Lithographies par microscopie en champ proche314
  - 4 L'approche « bottom-up »317
  - 4.1 L'auto-assemblage en surface317
  - 4.2 Synthèse VLS319
  - 4.3 Utilisation de matrices poreuses320
  - 5 Conduction électrique dans les nanofils321
  - 5.1 Les contacts électriques321
  - 5.2 Transport incohérent326
  - 5.3 Cas des chaînes atomiques et des molécules326
  - 6 Conclusion327
  - Chapitre 10 Les nano-objets332
  - 1 Introduction332
  - 2 Les dendrimères333
  - 2.1 Synthèse divergente333
  - 2.2 Synthèse convergente335
  - 3 Les supramolécules336
  - 3.1 Auto-assemblage par effet de matrice tridimensionnel induit par un cation métallique337
  - 3.2 Auto-assemblage par liaisons hydrogène342
  - 3.3 Auto-assemblage par interactions hydrophobes, interactions pi et de transfert de charges346
  - 3.4 Machines moléculaires348
  - 4 Assemblages polymoléculaires350
  - 4.1 Auto-assemblage en volume350
  - 4.2 Auto-assemblage sur des surfaces355
  - Partie III : Propriétés et applications
  - Chapitre 11 Électronique ultime364
  - 1 Introduction364
  - 2 La technologie CMOS367
  - 3 Mise à l'échelle des MOSFET372
  - 3.1 Principes372
  - 3.2 Effets de canal court372
  - 3.3 Règles de dimensionnement373
  - 3.4 Bilan : roadmap ITRS375
  - 3.5 Les interconnexions377
  - 4 Les NanoMOS379
  - 4.1 Problèmes spécifiques379
  - 4.2 Architectures alternatives au MOSFET conventionnel386
  - 5 Conclusion390
  - Chapitre 12 Électronique alternative394
  - 1 Introduction394
  - 1.1 Les longueurs caractéristiques des composants nanoscopiques395
  - 2 Transistor à un électron (SED)396
  - 2.1 Principes de base396
  - 2.2 Transport par blocage de Coulomb397
  - 2.3 Double jonction tunnel401
  - 2.4 Transistor à un électron403
  - 3 Interférences quantiques dans les nanostructures404
  - 3.1 Introduction404
  - 3.2 Conductance et transmission : la formule de Landauer405
  - 3.3 Calcul de la correction408
  - 3.4 Effet du champ magnétique408
  - 3.5 Les fluctuations universelles de conductance410
  - 3.6 Les coupures411
  - 4 Un exemple d'interférence : l'effet Aharonov-Bohm411
  - 5 Nanoélectronique supraconductrice : la logique RSFQ413
  - 5.1 Introduction413
  - 5.2 Composants logiques supraconducteurs414
  - 5.3 Structure et performances des composants RSFQ416
  - Chapitre 13 L'électronique moléculaire420
  - 1 Les briques de base : choix, richesse, complexité421
  - 2 Un peu d'histoire422
  - 3 Composants moléculaires423
  - 3.1 Électrodes et contacts423
  - 3.2 Relation structure moléculaire - propriétés429
  - 3.3 Fonctions439
  - 4 Composants à base de nanotubes447
  - 4.1 Transistors à effet de champ448
  - 4.2 SET453
  - 5 Du composant au circuit456
  - 5.1 Techniques de fabrication456
  - 5.2 Quelle architecture de circuit ?463
  - 6 Conclusion465
  - Chapitre 14 Nanomagnétisme et électronique de spin470
  - 1 Le Nanomagnétisme471
  - 1.1 Rappels de magnétostatique dans le vide471
  - 1.2 Le magnétisme dans la matière : relations fondamentales472
  - 1.3 Le magnétisme dans la matière : l'approximation du milieu continu478
  - 1.4 Effets magnétiques nouveaux à l'échelle du nanomètre490
  - 1.5 Dynamique de l'aimantation dans les nanostructures magnétiques502
  - 2 Électronique de Spin512
  - 2.1 Description512
  - 2.2 Retour sur les mécanismes et origines de l'électronique de spin519
  - 2.3 Magnétorésistance des jonctions tunnel526
  - Chapitre 15 Le stockage de l'information : Une technologie de masse aux portes du nanomonde540
  - 1 Introduction540
  - 2 Les mémoires de masse541
  - 2.1 Mémoires de masse : le disque dur542
  - 2.2 Au delà du disque dur, les techniques de sondes locales550
  - 3 Les mémoires matricielles551
  - 3.1 Principes généraux du stockage matriciel552
  - 3.2 Difficultés liées à la réduction des cellules mémoires à des dimensions nanométriques555
  - 3.3 Matrices Mémoires : technologies répandues556
  - 3.4 Concepts mémoire en développement561
  - 4 Discussion568
  - Chapitre 16 Optronique573
  - 1 Plasmons de surface et optique à l'échelle nanométrique573
  - 1.1 Introduction573
  - 1.2 Qu'est-ce qu'un plasmon ?574
  - 1.3 Relations de dispersion, couplage avec la lumière et applications577
  - 1.4 Transmission optique à travers des ouvertures sub-longueur d'onde581
  - 1.5 Nanoparticules métalliques583
  - 1.6 Mais jusqu'où iront les plasmons ?587
  - 2 Boîtes quantiques semi-conductrices587
  - 2.1 Les lasers à semi-conducteurs : du puits aux boîtes quantiques587
  - 2.2 Une boîte quantique unique593
  - 3 Cristaux photoniques et microcavités598
  - 3.1 Introduction598
  - 3.2 Les structures périodiques599
  - 3.3 Les structures sans défauts : exploitation des bandes permises du cristal photonique604
  - 3.4 Les structures avec défauts607
  - 3.5 Conclusion et perspectives611
  - Chapitre 17 Introduction à la nanophotonique pour la biologie616
  - 1 Introduction616
  - 2 Introduction aux processus d'absorption et d'émission de lumière par des systèmes moléculaires en régime linéaire et non-linéaire627
  - 3 Molécules, assemblages supra-moléculaires et nanoparticules636
  - 3.1 Couplage de nanoparticules et de biomolécules636
  - 3.2 Nanostructures luminescentes à base de semi-conducteurs et de métaux644
  - 3.3 Ingénierie moléculaire pour la biophotonique646
  - 4 Instrumentation nano-photonique pour la biologie655
  - 4.1 La détection optique de molécules uniques par fluorescence655
  - 4.2 Vers l'ultra résolution en microscopie de fluorescence678
  - 4.3 Microscopie multi-photonique et microscopie non-linéaire681
  - 4.4 Propriétés mécaniques de bio-molécules uniques687
  - 5 Conclusion692
  - Chapitre 18 Les simulations numériques699
  - 1 Introduction699
  - 2 Les propriétés structurales700
  - 2.1 Potentiels et forces interatomiques700
  - 2.2 La surface d'énergie potentielle702
  - 2.3 La dynamique moléculaire classique [1]703
  - 2.4 Les méthodes Monte-Carlo705
  - 3 Les propriétés électroniques706
  - 3.1 Rappels de mécanique quantique707
  - 3.2 Approches semi-empiriques de la structure électronique708
  - 3.3 Les calculs ab initio714
  - 3.4 Les forces inter-atomiques en ab initio719
  - 3.5 Utilisation des fonctions d'ondes et valeurs propres électroniques720
  - 4 Conclusions720
  - Chapitre 19 Architectures de calcul et nanotechnologies : vers le nano-ordinateur724
  - 1 Introduction724
  - 2 Architecture du calculateur et fonctions de base726
  - 2.1 Architecture typique d'un calculateur726
  - 2.2 La mémoire727
  - 2.3 Les interconnexions728
  - 2.4 Les opérateurs729
  - 2.5 Considérations technologiques730
  - 2.6 Nanomémoires, nano-opérateurs, nanoconnexions732
  - 3 Quelques pistes architecturales733
  - 3.1 Calculer en utilisant seulement de la mémoire733
  - 3.2 Architectures de calcul reconfigurables734
  - 3.3 Automates cellulaires735
  - 3.4 Réseaux de neurones737
  - 4 Environnement du calculateur740
  - 4.1 Codage de l'information740
  - 4.2 Tolérance aux défauts740
  - 5 Perspectives743
  - Index747
Origine de la notice:
- Electre