Nano-cars Race

Nanocars Race

La course

Une course à l’échelle de l’infiniment petit…

Bienvenue dans le nanomonde. La course de NanoCar se situe à une échelle très petite, celle des molécules et des atomes : l’échelle nano… comme nanomètre ! Un nanomètre c’est un milliardième de mètre, soit 0,000000001 mètre ou 10-9 m. En gros, c’est :

  • 500 000 fois plus fin que l'épaisseur du trait de stylo à bille ;
  • 30 000 fois plus fin que l’épaisseur d’un cheveu ;
  • 100 fois plus petit que la molécule d’ADN ;
  • 4 atomes de silicium mis l'un à côté de l'autre.

Le Microscope 4-STM : Comment peut-on voir à l’échelle nano ?

Un microscope très puissant est nécessaire pour observer des molécules et des atomes : le microscope à « effet tunnel »ou STM (scanning tunneling microscope) le permet et c’est aussi lui qui fait avancer les NanoCars.

© Cyril FRESILLON/CEMES/CNRS Photothèque

Le microscope à « effet tunnel » a été inventé en 1981 par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui ont obtenu à ce titre le prix Nobel de physique en 1986. L’effet tunnel est un phénomène qui relève de la mécanique quantique : à l’aide d’une pointe et d’un courant électrique, le microscope va utiliser ce phénomène pour déterminer la conductance électrique entre la pointe et la surface ; c’est-à-dire la quantité de courant qui passe à travers. En balayant ligne après ligne, on obtient une cartographie électronique de la surface et de chaque atome ou molécule posés dessus.

©www.toutestquantique.fr-DataBurger/Julien Bobroff

L' « effet tunnel » survient à l’échelle atomique et subatomique et donc ne s’explique pas par la mécanique classique… Quand la pointe du microscope à effet tunnel s’approche à moins de 1 nm de la surface, les électrons de la pointe hésitent à rester sur la pointe et peuvent être transférer à la surface. C’est ça l’effet tunnel.

Un ensemble inédit de microscopes à effet tunnel à Toulouse

Au Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) du CNRS à Toulouse, c’est un microscope STM unique au monde qui permet de réaliser la course : équivalent à quatre microscopes à effet tunnel, ce dispositif est le seul permettant de cartographier simultanément et indépendamment 4 portions de piste en temps réel grâce à 4 pointes de tungstène.

Quelques NanoCars vues sous STM

Difficile à imaginer : la résolution des images fournies est de 2 picomètres, soit 10-12 m !

Voir et manipuler les NanoCars

Visualiser 4 portions de la course n’est pas la seule prouesse : les pointes du microscope donnent à 4 NanoCars l’énergie nécessaire pour avancer. Chacune des 4 équipes aura à sa disposition des écrans de contrôle pour guider et contrôler sa voiture.

© Hubert RAGUET CEMES CNRS Photothèque

Christian Joachim, directeur scientifique de la course

Christian Joachim est directeur de recherche CNRS au Centre d'élaboration des matériaux et d'études structurales (CEMES) à Toulouse.

4 questions à Christian Joachim

Les règles de la course

  • Le parcours est de 20nm+1 virage+50nm+1 virage+20nm
  • 38h de course max
  • Un secteur de la surface d’or par équipe
  • 6h max pour nettoyer sa piste avant le départ
  • Pas de changement de pointe pendant 38h
  • Interdiction de pousser la NanoCar
  • Autorisation de changer sa NanoCar
Les règles complètes de la course