Le Microscope à Effet Tunnel

  En 1981, un nouveau microscope, le microscope à effet tunnel, a été inventé. Il permet de former l'image d'un seul atome ou d'une seule molécule à la fois sur un écran d'ordinateur. Toutefois, les microscopes dits "électroniques" délivraient déjà des images d'atomes sur un écran phosphorescent dans les années 1950. En revanche, le microscope à effet tunnel est le premier instrument qui permet aussi de toucher avec sa petite pointe, un seul atome à la fois et de le déplacer à volonté. Cette pointe est si effilée qu'elle permet de toucher un unique atome et même d'édifier, atome après atome, des architectures atomiques inédites. Les physiciens ont longtemps rêvé d'approcher un atome ou une molécule au plus près. Avec ce microscope, leur rêve est devenu réalité. Ils peuvent désormais accéder à une molécule et l'étudier comme s'ils la touchaient du doigt. Cette pointe devient le prolongement de ce doigt. 

Microscope à effet tunnel

 

 

 

La nanoscience doit beaucoup à l'invention du microscope à effet tunnel.

 

 

microscope à effet tunnel

 

Ce microscope utilise une pointe métallique constituée de quelques atomes seulement qui survolent la surface du matériau. En même temps, on fait passer un courant entre la pointe et l'échantillon. La pointe balaye toute la surface, aller et retour, et enregistre les variations de ce courant, c'est à dire les variations de la distance entre la pointe et la surface.

fonctionnement pointe du microscope à effet tunnel

fonctionnement de la pointe du microscope à effet tunnel

 

On reconstruit ensuite par ordinateur le relief du matériau survolé en mettant côte à côte tout les profils obtenus. Puis, on les relis par un maillage et on ajoute ensuite une couche qui unifie le tout. Enfin, un code couleur est attribué à chaque hauteur. Et voilà l'image de la surface recomposée:

 

vue du microscope à effet tunnel

 

visualisation d'une plaque de cuivre au microscope à effet tunnel

 

L'utilisation de cette "nanotechnique" a depuis longtemps dépassé le stade de la simple visualisation. En effet, elle permet aujourd'hui d'agir directement sur les atomes. 

La pointe du microscope s'approche de la surface de l'échantillon. Un atome se "colle" alors à la pointe. On déplace ensuite la pointe et un autre atome ce fixe, et ainsi de suite. On retire un à un les atomes.

Dans une autre expérience, on arrache des atomes d'hydrogènes en les bombardant avec du courant. L'important est d'avoir transmit de l'énergie. Les chercheurs peuvent programmer la pointe de telle sorte qu'elle bombarde d'électrons des lignes d'atomes d'hydrogènes, permettant ainsi de construire de véritables circuits nanoscopiques: ces circuits sont conducteurs.

 

nanocircuit

 

nanocircuit conducteur

Il est également possible d'émettre de l'énergie très localement sur un unique atome. En le bombardant fortement sur un seul point d'impact, il est possible de le faire pivoter. Ce mouvement mécanique pourtant simple préfigure les nano-machines de l'avenir...

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