Une technologie toujours plus petite
Il y a bien plus ici qu'il n'y paraît en matière de science, en particulier à l'échelle quantique. Des composants miniatures, tels que des capteurs, sont construits à des fins scientifiques et technologiques grâce à l'utilisation de nanomatériaux. Le projet QDCN («Quantum devices based on carbon nanotubes») financé par l'UE développe un détecteur ultrasensible qui sonde les propriétés électriques des molécules individuelles. Cet appareil est construit à l'aide d'éléments minuscules appelés nanotubes de carbone (NTC), dont la dimension est environ 50 000 fois plus petite que celle d'un cheveu humain. Pour fonctionner, ces appareils ont besoin de semi-conducteurs, c'est-à-dire des matériaux dotés d'une conductivité électrique spécifique. Le point quantique est un nouveau type de semi-conducteur plus récent et plus puissant à une échelle minuscule: il améliore la conductivité et peut être utilisé pour fabriquer de bien meilleurs appareils que ceux qui sont actuellement disponibles. Afin de mesurer les propriétés électriques d'une molécule individuelle, les points quantiques sont attachés à seulement une électrode représentée par un seul NTC. L'utilisation d'un NTC comme électrode présente l'avantage d'entraîner un filtrage localisé à partir de l'électrode, rendant l'étude de la structure électronique des points semiconducteurs plus accessibles. Cela constitue une nouvelle approche plus efficace développée par le projet pour créer des capteurs et des détecteurs. La présentation du nouveau nano-équipement simplifie grandement le processus de fabrication par rapport aux dispositifs standard qui utilisaient auparavant deux électrodes séparées par un espace de quelques nanomètres. Cela est important, car la fabrication de tels appareils est assez complexe et prend du temps. Elle met en jeu de nombreux processus et équipements complexes. L'étape suivante du projet consistait à caractériser les nanodispositifs ainsi fabriqués et à en mesurer la précision. Cela a été possible grâce à une nouvelle technique appelée «spectroscopie de comptage d'électrons» qui consiste à effectuer des mesures à basse température. La technique permet aux chercheurs d'analyser les propriétés électroniques des points quantiques semiconducteurs. De manière importante, elle permet également de remplir ou vider tout point quantique semiconducteur avec de nombreux électrons, ce qui était auparavant une tâche très onéreuse. En plus de créer le dispositif de détection, le projet a maîtrisé diverses techniques de fabrication de nanodispositifs mettant en jeu de nombreux processus et équipements permettant de travailler à l'échelle quantique. Cela inclut des dispositifs de nanotubes suspendus, des dispositifs de graphène, quatre dispositifs de nanotubes or-terminaux et des dispositifs de nanomoteurs catalytiques. En outre, les progrès effectués dans le cadre du projet permettent la manipulation d'énergie Fermi (c'est-à-dire de l'énergie à la température zéro absolu) de manière significative. Cela permet d'envisager l'électronique moléculaire ou à l'échelle nanométrique, car la manipulation importante d'énergie et la «séparation» dans de telles applications est limitée. Globalement, le projet QDCN a montré que la détection d'électron unique avec un transistor NTC représente une nouvelle stratégie pour étudier la séparation en énergie entre les niveaux électroniques discrets du point quantique semiconducteur. En particulier, il a montré que les niveaux électroniques d'un point quantique peuvent présenter un comportement chaotique, phénomène qui a été seulement étudié en théorie au cours des dernières décennies.
