Nanosciences et Nanotechnologies Structuring with single atoms Source: Institut f.r Experimentelle und Angewandte Physik, Universit.t Kiel Qu’est ce qu’un nanomètre ? Le Nanomonde

Plan de l’exposé Qu’est ce que le nanomètre? Qu’est ce que le nano-monde? Contexte scientifique et technique Nanosciences et nanotechnologies dans le monde Nanosciences et nanotechnologies : quelles retombées? Quelques exemples

Echelle du Nanomonde

Définition du nano-objet Les grandes étapes de la technologie et de l’industrie Définition du nano-objet Une dimension au moins est nanomètrique Ex: boites quantiques, molécules….. Contrôle à l’échelle du mm Première révolution industrielle à la fin du XIXème Siècle 1000 Contrôle à l’échelle du mm Développement de la microélectronique au milieu du XXème siècle 1 Précision des procédés (en mm) Drilling machine of Wilkinson (1774) 1270 mm hole with accuracy of 1 mm Nanotubes de carbone Contrôle à l’échelle du nm Troisième révolution industrielle au début du XXIème siècle? 0,001 Jack Kilby first integrated circuit (1958) 1800 1900 2000 Années

Invention du circuit intégré Inventé en 1958 par Jack Kilby (en fait technologie planaire) (prix nobel en 2000)

Evolution des calculateurs

Pentium 4 2000 50.000.000 transistors puce de 2cm*2cm*1mm boîtier 5cm*5cm*1cm qq. 100 connexions

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Chiffres d’affaire comparés

Contexte scientifique et technique Deux approches convergentes : L’approche « top-down » Celle de la microélectronique Réalisation de composants nouveaux, présentant des effets physiques nouveaux et propriétés nouvelles, spécifiquement liés à leur taille nanométrique. (ex: têtes de lecture à magnétorésistance géante, nanotubes pour écrans plats…) L’approche « bottom-up » Celle de la chimie et biologie Ingénierie de molécules ayant des fonctionnalités nouvelles, auto-assemblage, biomimétisme Puce transistor Biopuce à ADN

Nanosciences et Nanotechnologies Chimie et matériaux Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et Nanotechnologies Chimie et matériaux Contrôle à l’échelle de l’atome Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde Une croissance sans précédent des budgets consacrés aux nanosciences et nanotechnologies aux États-Unis, au Japon, en Europe. 1000 M$ 850 M$ 750 M$ 710 M$ Etats-Unis Japon Europe 604 M$ 465 M$ 422 M$ 400 M$ 270 M$ 225 M$ 245 M$ 200 M$ 2001 2002 2003 2004

Worldwide public and private expenditures in 2004 for Nanosciences and Nanotechnologies

Eu absolute public expenditure in 2004 (Nanosciences and Nanotechnologies)

Nanosciences et Nanotechnologies dans le monde Domaine en croissance rapide Nanosciences: étude fondamentale des propriétés des nano-objets, nanostructures, nanosystèmes et des phénomènes nouveaux observés à l’échelle atomique ou moléculaire Nanotechnologies: utilisation et contrôle à l’échelle nanométrique de ces propriétés en vue d’applications spécifiques

Bibliometry

Nano-biosciences- Publications (2000-2004) Bibliometry Nano-biosciences- Publications (2000-2004)

Nanosciences et Nanotechnologies Quelles applications? Materiaux (matériaux nanostructurés, matériaux composites, matériaux chargés, catalyseurs...) Pharmaceutique, biotechnologie, santé (thérapie cellulaire, diagnostic in vivo, domotique, biopuces...) Automobile, aéronautique et espace (peinture insalissable, plastiques ininflammables, verres auto-nettoyantstextiles autoréparables, capteurs, matériaux résistants et légers...) Electronique et communication (réduction des tailles et augmentation de la puissance de calcul, écrans plats...) Développement durable (nanosources d’énergie, traitement de l’eau & nanofiltres...) Défense et Sécurité (détecteurs et correcteurs d'agents chimiques et biologiques …)

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Mémoires haute densité Enregistrement de données avec des médias utilisant les nanocouches et les points quantiques, spintronique, … Dispositifs rapides Vitesses de traitement et capacités d'enregistrement accrues et moins coûteuses… Nouvelles architectures de circuits Dispositifs nanofabriqués, circuits hybrides, nano-opto-électronique, circuits de plus grande densité d’intégration et plus faible dissipation thermique… Nouveaux dispositifs Écrans plats, spintronique, électronique moléculaire… Nouveaux protocoles de communication Cryptograhie quantique, technologie sans fil…

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Nanotubes de carbone Source : Pour la Science - 2001 Transistor moléculaire hybride, obtenu en déposant par peignage moléculaire un nanotube de carbone sur un circuit à 4 électrodes séparées par 100 nm. L'objectif de cette recherche est de réaliser des nano-composants électroniques utilisant un seul nanotube de carbone.  CNRS Photothèque / ONDARÇUHU, Thierry Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Nanosources photoniques Nanosystémes photonique 6 microns Guides optiques © S. David/CNRS Photothèque  LPN-CNRS  LPN-CNRS  IRCOM

Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Nanobiomatériaux et nanomatériaux biomimétiques Biomolécules uniques et assemblages biomoléculaires, matériaux de remplacement biocompatibles… Compréhension du monde vivant Analyse de processus à l’échelle nanométrique in vivo, utilisation de nanoparticules fonctionnalisées et ciblables, de nanosondes,... Manipulation et nano-fluidique Nano-instrumentation, nanovecteurs biomoléculaires, nanocapteurs,…

Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Source : Pour la Science - 2001

Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Source : M. Dahan - LKB Image de récepteurs de la glycine dans des neurones Réseau de nanotubes issus d’une vésicule géante en microscopie de fluorescence.

Contexte scientifique et technique Les Nanosciences et les Nanotechnologies caractère pluridisciplinaire et fédérateur très marqué Des compétences Pluridisciplinaires Architectures Physique Des installations techniques d’élaboration et de caractérisation salles blanches, plates-formes Technologiques Chimie Traitement du signal Biologie ……. Métrologie Modélisation multi-phénomèness à plusieurs échelles © CNRS Photothèque / Jérôme Chatin

Contexte scientifique et technique Questions en lien avec le développement des nanosciences et des nanotechnologies L’utilisation de nano-objets, nanocomposants, nanosystèmes est à l’origine de réflexions nouvelles sur la mesure, la définition de normes. Le développement des nanosciences et des nanotechnologies soulève un certain nombre de questions, d’ordre éthique ou sociétal. Extrait de Nanosciences : nouvel âge d'or ou apocalypse ? L. Laurent et J.-C. Petit du Drecam.