Nanosciences et nanotechnologies, au cœur de l’innovation

Équipement permettant d'effectuer le câblage électrique d'un nano-oscillateur spintronique unique, avec des fils d'environ 30 µm, afin de le caractériser. Au-delà de leur très faible taille, ces nano-oscillateurs spintroniques possèdent une forte accordabilité en fréquence. Cette propriété, associée à leur forte non-linéarité, est très intéressante pour le domaine Temps-Fréquence.

Une impression de flou ? Si vous enfilez des lunettes 3D, vous pourrez voir cette photographie en relief, réalisée avec la technique de l’anaglyphe : deux images sont superposées, l’une en rouge, l’autre en cyan ; le léger décalage entre les deux reproduit cet effet de profondeur. Se dévoilent ainsi des nanostructures empilées de cuivre, un métal-candidat prometteur pour transformer en de potentielles ressources les milliards de tonnes de CO2 que nous injectons chaque année dans l’atmosphère…

Image en microscopie électronique à balayage (MEB) de nanotubes de dioxyde de titane vus de profil, alignés verticalement et recouvrant la totalité de la surface d'un micro-levier de 200 microns de long pour 30 de large, en silicium. Il s'agit d'un système de détection d'explosifs aux performances inégalées, bio-inspiré des antennes d'un papillon de nuit, le bombyx du mûrier, "Bombyx mori". Ces antennes sont composées de brins sur lesquels un grand nombre de sensilles sont reliées aux neurones…

Tranche d’un massif aluminium-fer (Al-Fe) vue en microscopie optique. Il a été élaboré par fusion à arc dans le but de former le composé métastable Al9Fe2. On observe notamment des étoiles à dix branches de 25 μm, entourées d’eutectique dans les espaces interdendritiques. Cette image est lauréate du prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la catégorie "Le voyage de Gulliver dans le monde des nanos". Dominique Dubaux : "Gulliver, amoureux de voyages et soucieux d’accroître sa fortune,…

Image en microscopie électronique à balayage (MEB) d'une forêt de nanotubes de dioxyde de titane alignés verticalement et recouvrant la totalité de la surface d'un micro-levier de 200 microns de long pour 30 de large, en silicium. Il s'agit d'un système de détection d'explosifs aux performances inégalées, bio-inspiré des antennes d'un papillon de nuit, le bombyx du mûrier, "Bombyx mori". Ces antennes sont composées de brins sur lesquels un grand nombre de sensilles sont reliées aux neurones…

Image de microscopie électronique à balayage (MEB) colorisée d'un micro-levier de 200 microns de long pour 30 de large, en silicium, totalement recouvert de nanotubes de dioxyde de titane, alignés verticalement. La loupe offre une vue rapprochée des nanotubes. Il s'agit d'un système de détection d'explosifs aux performances inégalées, bio-inspiré des antennes d'un papillon de nuit, le bombyx du mûrier, "Bombyx mori". Ces antennes sont composées de brins sur lesquels un grand nombre de sensilles…

Image de microscopie électronique à balayage (MEB) colorisée d'un micro-levier de 200 microns de long pour 30 de large, en silicium, partiellement recouvert de nanotubes de dioxyde de titane, alignés verticalement. La loupe offre une vue rapprochée des nanotubes. Il s'agit d'un système de détection d'explosifs aux performances inégalées, bio-inspiré des antennes d'un papillon de nuit, le bombyx du mûrier, "Bombyx mori". Ces antennes sont composées de brins sur lesquels un grand nombre de…

Nanoparticules gravées par laser sur un substrat flexible, placées dans un microscope à force atomique (AFM) intégré dans une boîte à gants sous atmosphère inerte d'argon. Ce projet a pour objectif la mise au point de micro-sources de stockage électrochimique d'énergie.

Lignes de nanoparticules gravées par laser sur un substrat flexible. Ce projet a pour objectif la mise au point de micro-sources de stockage électrochimique d'énergie.

Ecran avec six voitures nanométriques pour la NanoCar Race 2017, première course internationale de molécules-voitures. Ces nanovoitures de quelques nanomètres de longueur sont propulsées par de petites impulsions d’un courant électronique passant au travers de la molécule-voiture, sur un circuit composé d'atomes d'or. Un ensemble de microscopes à effet tunnel permet de suivre la course. Cet évènement est organisé afin de montrer le degré de contrôle des molécule-machines atteint aujourd'hui en…

"Green Buggy", voiture nanométrique synthétisée par le Toulouse NanoMobile Club, l'équipe française du CNRS, à l'occasion de la NanoCar Race 2017, la première course internationale de molécules-voitures. Ces nanovoitures de quelques nanomètres de longueur sont propulsées par de petites impulsions d’un courant électronique passant au travers de la molécule-voiture, sur un circuit composé d'atomes d'or. Un ensemble de microscopes à effet tunnel permet de suivre la course. Cet évènement est…

Modèle imprimé en 3D d'une molécule candidate à la nano-course. La NanoCar Race 2017 est la première course internationale de molécules-voitures. Ces nanovoitures de quelques nanomètres de longueur sont propulsées par de petites impulsions d’un courant électronique passant au travers de la molécule-voiture, sur un circuit composé d'atomes d'or. Un ensemble de microscopes à effet tunnel permet de suivre la course. Cet évènement est organisé afin de montrer le degré de contrôle des molécule…

Modèle imprimé en 3D d'une molécule candidate à la nano-course. La NanoCar Race 2017 est la première course internationale de molécules-voitures. Ces nanovoitures de quelques nanomètres de longueur sont propulsées par de petites impulsions d’un courant électronique passant au travers de la molécule-voiture, sur un circuit composé d'atomes d'or. Un ensemble de microscopes à effet tunnel permet de suivre la course. Cet évènement est organisé afin de montrer le degré de contrôle des molécule…

Lors de la fabrication d’un microprocesseur, chaque manipulation requiert une extrême précision. L’une des étapes de base consiste à déposer une couche de résine photosensible sur la surface d’une plaquette d’un matériau semi-conducteur, ici de l’arséniure de gallium. C'est à travers cette couche de résine, qui a la forme de l'image que l'on souhaite imprimer sur le substrat, que le matériau sera gravé. Toutefois, à l’échelle nanométrique, la moindre impureté ou le moindre incident de…

Evaporateur thermique situé dans une salle blanche. Il permet de déposer des couches minces de métaux sur tout type d'échantillon. Le matériau à déposer est chauffé jusqu'à ce qu'il se retrouve sous forme gazeuse. Ces vapeurs viennent alors se condenser sur l'échantillon pour y former une couche mince. L'objectif est d'obtenir une couche homogène d'épaisseur contrôlée.

Utilisation d'un évaporateur thermique situé dans une salle blanche. Il permet de déposer des couches minces de métaux sur tout type d'échantillon. Le matériau à déposer est chauffé jusqu'à ce qu'il se retrouve sous forme gazeuse. Ces vapeurs viennent alors se condenser sur l'échantillon pour y former une couche mince. L'objectif est d'obtenir une couche homogène d'épaisseur contrôlée.

Dans une salle blanche, profilomètre permettant de mesurer l'épaisseur de couches minces ou de motifs à la surface d'échantillons. Cet appareil sert également à contrôler les dimensions latérales d'un motif ainsi que le caractère abrupt ou non de flancs de gravure.

Tournette dans une salle blanche. Ce dispositif permet de réaliser des couches minces homogènes de résines ou de liquides variés par spin coating (enduction centrifuge), tout en contrôlant l'épaisseur de la couche déposée. Ici, c'est une résine photosensible qui est déposée. La couche mince ainsi réalisée va être insolée par photolithographie. L'objectif est de réaliser des motifs en surface pour ensuite y déposer un matériau ou effectuer une gravure.

Dispositif de photolithographie par écriture directe situé dans une salle blanche. Cet appareil permet de réaliser des structures de résolution allant jusqu'à 0,6 µm à la surface d'échantillons, par photolithographie, au moyen d'un laser UV et d'une platine interférométrique motorisée. L'objectif est de créer des structures de dimensions micrométriques à la surface d'échantillons (circuits électroniques, réseaux pour la microfluidique, masques de photolithographie...).

Vue en microscopie à balayage (MEB) d'un champ de micropiliers de silicium alignés, obtenus en usinant un substrat de silicium par un procédé de gravure profonde.

Vue en microscopie électronique à balayage (MEB), d'un réseau de micropiliers de silicium surmontés d'une vasque. La structure est obtenue en usinant un substrat de silicium par un procédé de gravure profonde.

Vue de profil, en microscopie électronique à balayage (MEB), de la partie supérieure de micropiliers de silicium obtenus en usinant un substrat de silicium par un procédé de gravure profonde. La face plane supérieure montre une tache brillante, qui correspond à une goutte d'or. La rugosité observée sur les côtes des micropiliers provient de l'alternance de cycles d'attaque et de passivation du silicium.

Mise en place d'un échantillon dans un équipement de lithographie laser.

Mise en place d'un échantillon dans un équipement de lithographie laser.

Timbre souple en polydiméthylsiloxane (PDMS) utilisé en lithographie douce ou micro contact printing.

Mise en place d'un échantillon sur un équipement de lithographie douce ou micro contact printing.

Transistor à effet de camp (FET) basé sur des hétérostructures Van der Waals de matériaux bidimensionnels, vu en microscopie. Ce composant pourrait représenter une solution durable et fiable pour la récupération d'énergie en microélectronique. La nanostructuration sur les plaques de graphène (en magenta) améliore considérablement l'efficacité de la conversion d'énergie par effet thermoélectrique de la structure. Cette image a participé au prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la…

Nanowagons connectés en série sur un guide d’onde RF en or, sur un dispositif ultrabasse consommation d’électronique de spin, exploitant de nouveaux matériaux bidimensionnels comme le graphène. Dans chacun d’eux, un matériau ferromagnétique, le cobalt, est utilisé pour pomper un courant de spin pur dans une fine couche de graphène, où il va se propager. Il est ensuite converti en courant de charge via l’Effet Hall de Spin Inverse dans un barreau de palladium. Le courant de charge de tous les…

Bâti d'épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PA-MBE : Plasma-assisted molecular beam epitaxy) dédié à l'élaboration de nanofils III-Nitrures. La technique d'épitaxie par jets moléculaires permet de réaliser des couches minces et des nanostructures épitaxiées sur des substrats monocristallins. PlatefOrme Élaboration des Matériaux (POEM) du C2N.

Ablation laser. Ce procédé permet de générer des couches minces et/ou des nanoparticules à partir d’un plasma. La cible absorbe l’énergie et développe le plasma. Un dépôt de plasma se forme sur le substrat (oxyde et minéraux). Les nanoparticules (2 à 3 nanomètres) sont construites en vol. Ces nanoparticules sont noyées dans une matrice ou récupérées par couches d’empilement. Cette technique, très utilisée dans le monde de la recherche, trouve de multiples applications dans les domaines des…

Cyrile Deranlot à côté d'un système d’élaboration de couches minces sous vide comprenant notamment une machine de pulvérisation cathodique et un évaporateur thermique. Ce système est utilisé pour réaliser des dépôts de nanostructures magnétiques pour l’électronique de spin. Il a notamment servi pour l'élaboration de l'alliage d’or et de tungstène issu des recherches de l'Unité mixte de physique CNRS/Thales. Cet alliage innovant est aujourd’hui valorisé par la start-up DAUMET qui l’a nommé SpinD…

Cyrile Deranlot actionne le manipulateur d’un évaporateur sous vide. Cet équipement, couplé à une machine de pulvérisation cathodique, est utilisé pour réaliser des nanostructures magnétiques dédiées à l’électronique de spin. Ce système a notamment servi pour l'élaboration de l'alliage d’or et de tungstène issu des recherches de l'Unité mixte de physique CNRS/Thales. Cet alliage innovant est aujourd’hui valorisé par la start-up DAUMET qui l’a nommé SpinD Gold. Ses qualités novatrices (couleur,…

Cyrile Deranlot visualise un plasma dans une enceinte de pulvérisation cathodique couplée à un évaporateur sous vide. Ce système est utilisé pour réaliser des dépôts de nanostructures magnétiques pour l’électronique de spin. Il a notamment servi pour l'élaboration de l'alliage d’or et de tungstène issu des recherches de l'Unité mixte de physique CNRS/Thales. Cet alliage innovant est aujourd’hui valorisé par la start-up DAUMET qui l’a nommé SpinD Gold. Ses qualités novatrices (couleur, brillance…

Microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM) couplé à un système de lithographie électronique. Ce système de nano-lithographie permet de réaliser des nano-objets avec des résolutions latérales allant jusqu'à 20 nm.

Système de détection d'explosifs aux performances inégalées, bio-inspiré des antennes d'un papillon de nuit, le bombyx du mûrier, "Bombyx mori". Ces antennes sont composées de brins sur lesquels sont placées un grand nombre de sensilles de taille micrométrique reliées aux neurones sensoriels. Le système de détection d'explosifs est constitué d'un micro-levier de 200 microns de long pour 30 de large, en silicium, portant près de 500 000 nanotubes en dioxyde de titane, alignés verticalement. Il…

Manipulation d’une cellule à l’aide d’un microrobot sur une station de pinces optiques. Ce dispositif permet de manipuler des objets de taille micrométrique sans contact, grâce à la force résultant de la réfraction d’un faisceau laser. C’est le principe du piège optique. La télé-opération est utilisée pour des échantillons biologiques devant être confinés (cellules cancéreuses, bactéries, parasites, etc.). A l’écran, un microrobot sert d’intermédiaire : il est contrôlé via les pinces optiques…

Microrobots optiques conçus par l’ISIR, vus en microscopie électronique à balayage (MEB). Ces robots fabriqués via une imprimante 3D mesurent entre 10 et 25 µm, environ deux fois le diamètre d’un globule rouge, et sont utilisés pour manipuler des cellules. Grâce à leurs poignées optiques (des sphères de 3 µm), ils peuvent être déplacés à distance par un faisceau laser. Cette technologie repose sur le principe des pinces optiques : en focalisant la lumière laser sur un objet microscopique, il…

Positionnement d'un substrat de semiconducteur sur un porte-substrat. Il s'agit d'une étape technologique réalisée en salle blanche, après croissance de nanostructures semiconductrices sur un subtrat et avant l'étape de lithographie électronique. L'objectif est de mettre au point des composants nanophotoniques, pour obtenir de l'émission de lumière dans des dispositifs de plus en plus compacts.

Scène de vie dans la centrale technologique NanoRennes de l’Institut d'électronique et des technologies du numérique (IETR). Au second plan, un ingénieur prépare des échantillons, tandis qu’au premier plan l’expérimentateur insère une navette porte substrat (de format 150 mm) dans le bras de chargement robotisé du réacteur de gravure par couplage inductif. L’expérimentateur va réaliser une gravure profonde de silicium par procédé "Bosch" en utilisant un masquage en oxyde de silicium. Cette…

Positionnement d'une galette de silicium enduite de résine sensible aux UV, sur la platine d'un banc de lithographie laser. Cet échantillon doit être positionné sous le point focal du faisceau laser ultraviolet. L'appareil de lithographie est installé dans une salle propre. Il est utilisé pour des procédés de prototypage permettant de réaliser des motifs aussi divers que des électrodes, des engrenages, des guides d'ondes, des lentilles,... à l'échelle nanométrique, pour des applications…

Installation d'une pastille d'aluminium dans un évaporateur thermique situé dans une salle blanche. Cet évaporateur permet de déposer des couches minces de métaux sur tout type d'échantillon. Le matériau à déposer est chauffé jusqu'à ce qu'il se retrouve sous forme gazeuse. Ces vapeurs viennent alors se condenser sur l'échantillon pour y former une couche mince. L'objectif est d'obtenir une couche homogène d'épaisseur contrôlée.

Conception avec un logiciel dédié, du design contenant des zones de résine électrosensible à insoler. L'ingénieur règle également les paramètrages de l'exposition de la résine et ceux de la colonne. Le wafer enduit de résine électrosensible sera placé dans une station de lithographie par faisceau d'électrons (Ebeam). L'ensemble sera bombardé par un faisceau électronique de haute énergie, selon un motif préalablement déterminé. Après développement dans une solution appropriée, la résine insolée…

Mise en place d'un substrat dans le sas d'un système de pulvérisation cathodique utilisé pour la fabrication de films minces. Cet appareil permet le dépôt de films minces de métaux ou d'isolant sur un substrat et donc l'obtention de vannes de spin entièrement métalliques ou de jonctions tunnel magnétiques (MTJ). La magnétorésistance tunnel aura des applications importantes pour la réalisation de mémoires électroniques (technologie des ordinateurs).

Mise en place d'un substrat dans le sas d'un système de pulvérisation cathodique utilisé pour la fabrication de films minces. Cet appareil permet le dépôt de films minces de métaux ou d'isolant sur un substrat et donc l'obtention de vannes de spin entièrement métalliques ou de jonctions tunnel magnétiques (MTJ). La magnétorésistance tunnel aura des applications importantes pour la réalisation de mémoires électroniques (technologie des ordinateurs).

Nous voici dans l’univers de la nanophotonique, au coeur des interactions de la lumière avec la matière à des échelles nanométriques. Au centre de l’image, se trouve un microdisque et son chapeau de 3 micromètres, en nitrure d’éléments III, posé sur une puce de silicium - le semi-conducteur de référence pour l’électronique. Ce microdisque peut émettre de la lumière dans le spectre du visible et dans l’ultra-violet. A cette échelle, les propriétés de ces matériaux émettant dans la lumière bleue…

Nanoparticules organiques fluorescentes (aussi appelées FONs), observées en microscopie électronique à balayage. Celles-ci ont été déposées à la surface d'une fibre optique plate et se sont auto-organisée pour former une structure micrométrique en forme de cœur. L'objectif de ces recherches est d'étudier l'interaction entre des nanoparticules luminescentes et des fibres optiques à base de verre de phosphate dans le but de modifier les propriétés optiques de la fibre. Cette image a été soumise à…

Echantillon composé d’un enchevêtrement de micropilliers (1-3 μm) et d’une distribution de nanoparticules d’or (30 à 100 nm de diamètre), vu en microscopie électronique à balayage. Il est utilisé pour la biodétection grâce à la spectroscopie Raman, pour détecter la présence de polluants par exemple. Les particules permettent, au travers d’une résonance, d’exalter le champ électrique local et d’augmenter le signal Raman, améliorant ainsi la sensibilité du capteur. Cette image a participé au prix…

Billes de silice observées au microscope électronique à balayage (MEB) avec un grossissement x 800. La photo est retraitée et colorisée avec des couleurs artificielles. Étudiées dans un but thérapeutique, les nanoparticules de silice poreuse permettent le transport des médicaments dans l'organisme.

Motif de lithographie sur une multicouche nanométrique d'argent. Ce type de motif permet de fabriquer des tomographies nanométriques utilisées comme échantillon, pour les mesures d'imagerie par résonance de plasmon de surface.

Fabrication par lithographie optique de jonctions tunnel magnétiques (MTJ). A la fin du procédé de fabrication, la plaquette (substrat de silicium) maintenue au bout de la pincette contient un grand nombre de jonctions tunnel magnétiques submicroniques. Ici, le chercheur sèche l'échantillon avec de l'azote gazeux après l'avoir trempé dans les différents solvants. La magnétorésistance tunnel aura des applications importantes pour la réalisation de mémoires électroniques (technologie des…

Fabrication par lithographie optique de jonctions tunnel magnétiques (MTJ). A la fin du procédé de microlithographie, la plaquette (substrat de silicium, zone verte) contient un grand nombre de jonctions tunnel magnétiques submicroniques (croix jaunes sur l'image). La magnétorésistance tunnel aura des applications importantes pour la réalisation de mémoires électroniques (technologie des ordinateurs).

Mise en place d’un échantillon dans une cellule à congélation. Le liquide à étudier est introduit dans un tube en Kapton (orange) mis en contact avec une source de froid située en bas du dispositif. La cellule est ensuite placée dans un faisceau de rayons X pour étudier le phénomène de congélation. Le liquide est alors refroidi par contact thermique avec la source de froid. L’image de diffusion des rayons X obtenue change en fonction de la température ce qui permet de détecter la…

Simulation d'un fluide mésogène formant une phase cristal-liquide confinée dans un nanocanal. Les molécules qui constituent un fluide sont tellement petites et nombreuses qu'à notre échelle nous pouvons considérer les fluides comme des milieux continus. En est-il ainsi lorsque ces mêmes fluides circulent dans des nanocanaux ? Des chercheurs ont montré que certains fluides constitués de molécules allongées, dites mésogènes, ne présentent plus les mêmes propriétés physiques si le diamètre du tube…

Réseau de fissures formé sur un film métallique tricouche chrome-cuivre-molybdène sur substrat souple et flexible, suite à un essai de traction biaxiale, observé au microscope. Les couleurs irisées sont liées à l’irrégularité nanométrique de la couche d'oxyde formée avec le temps à la surface de l’échantillon. Les interfaces et les contrastes mécaniques entre les couches des films de ce type devraient permettre d’améliorer la durabilité mécanique et électrique des dispositifs électroniques…

Nanotube de carbone à paroi simple obtenu par catalyse grâce à une méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un substrat de silicium/dioxyde de silicium (Si/SiO2), vu en microscopie électronique, à l'échelle 40 μm. La vidéo 'Echelles' est lauréate du prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la catégorie "La recherche en nanosciences, une source de connaissances sur notre monde". Antoine Reserbat-Plantey : "La dynamique des sciences n'est pas différente de celle des arts : le…