Chapitre 2 : Nanotechnologie
L'utilisation d'échelles atomiques, moléculaires et supramoléculaires de la matière pour des applications industrielles est au centre du domaine de la nanotechnologie, souvent abrégée en nanotechnologie. Le terme « nanotechnologie moléculaire » fait référence à l'objectif scientifique spécifique de manipuler avec précision les atomes et les molécules pour la création d'objets à l'échelle macroscopique. La première et la plus courante description de la « nanotechnologie » se rapportait à cet objectif technologique particulier. Après un certain temps, l'Initiative nationale sur les nanotechnologies a proposé une définition plus complète de la nanotechnologie. Selon cette définition, la nanotechnologie est la manipulation de la matière dans laquelle au moins une dimension a une échelle allant de 1 à 100 nanomètres. Cette définition reflète le fait que les effets de la mécanique quantique sont importants à cette échelle du domaine quantique. En conséquence, la définition est passée d'un objectif technologique particulier à une catégorie de recherche englobant tous les types de recherches et de technologies qui traitent des propriétés spéciales de la matière qui se produisent en dessous du seuil de taille donné. En d'autres termes, la définition est devenue une catégorie de recherche. C'est pour cette raison que le terme « nanotechnologies », dans ses formes singulières et plurielles, ainsi que le terme « technologies à l'échelle nanométrique », sont souvent utilisés pour désigner une grande variété d'études et d'applications qui partagent la caractéristique d'être très petites.
Le terme « nanotechnologie » fait référence à tout ce qui a des dimensions à l'échelle nanométrique ou inférieures. Son application va de la création de nouveaux matériaux ayant des dimensions à l'échelle nanométrique au contrôle direct de la matière à l'échelle atomique. La science des surfaces, la chimie organique, la biologie moléculaire, la physique des semi-conducteurs et le stockage de l'énergie ne sont que quelques-uns des sous-domaines scientifiques qui relèvent de sa compétence.
Les répercussions potentielles des nanotechnologies font aujourd'hui l'objet de discussions parmi les scientifiques. La nanotechnologie a le potentiel de produire un grand nombre de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies, chacun d'entre eux pouvant avoir une grande variété d'utilisations. Parmi ces applications, citons la nanomédecine, la nanoélectronique, les biomatériaux, la production d'énergie et les articles de consommation. D'un autre côté, la nanotechnologie soulève bon nombre des mêmes problèmes que toute nouvelle technologie, tels que les inquiétudes concernant la toxicité et l'impact environnemental des nanomatériaux, ainsi que leurs implications possibles sur les économies mondiales, et les spéculations sur une variété d'autres scénarios de fin du monde. En raison de ces problèmes, les organisations de défense des droits et les gouvernements du monde entier débattent maintenant de la question de savoir si les nanotechnologies devraient ou non être soumises à une réglementation spécifique.
Richard Feynman, un physicien bien connu, a donné une conférence intitulée « Il y a beaucoup de place au fond » en 1959. Dans cet exposé, il a décrit la possibilité de la synthèse par la manipulation directe des atomes. Cette conférence a été la première discussion publique sur les idées qui deviendraient plus tard le fondement de la nanotechnologie.
En 1974, Norio Taniguchi a été la première personne à utiliser l'expression « nanotechnologie », malgré le fait que le terme n'était pas bien reconnu à l'époque. K. Eric Drexler a utilisé pour la première fois le terme « nanotechnologie » dans son livre Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology, qu'il a publié en 1986. Dans ce livre, Drexler proposait l'idée d'un « assembleur » à l'échelle nanométrique qui serait capable de construire une copie de lui-même et d'autres éléments de complexité arbitraire avec un contrôle atomique. Drexler a été inspiré pour utiliser le terme « nanotechnologie » par les idées que Richard Feynman avait développées. Toujours en 1986, Drexler a été cofondateur du Foresight Institute, une organisation à laquelle il n'est plus associé, dans le but d'aider le grand public à mieux connaître la nanotechnologie et ses conséquences.
Dans les années 1980, le domaine de la nanotechnologie a émergé à la suite de la convergence des travaux théoriques et publics de Drexler, qui ont développé et popularisé un cadre conceptuel pour la nanotechnologie, et des avancées expérimentales très visibles qui ont attiré une attention supplémentaire à grande échelle sur les perspectives de contrôle atomique de la matière. Les travaux de Drexler ont permis de développer et de populariser un cadre conceptuel pour la nanotechnologie. Des progrès expérimentaux très médiatisés ont également attiré l'attention sur les perspectives du contrôle atomique de la matière. Deux avancées importantes réalisées dans les années 1980 ont été l'étincelle qui a déclenché l'expansion de la nanotechnologie à l'ère actuelle. Tout d'abord, le développement du microscope à effet tunnel en 1981, qui a permis de voir les atomes individuels et les liaisons d'une manière qui n'avait jamais été faite auparavant et en 1989 a été utilisé avec succès pour manipuler des atomes individuels. Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui ont travaillé au développement du microscope au laboratoire de recherche IBM de Zurich, ont reçu le prix Nobel de physique en 1986 pour leurs travaux. Au cours de la même année, Binnig, Quate et Gerber ont également été les inventeurs du microscope à force atomique similaire.
Deuxièmement, les fullerènes ont été découverts en 1985 par Harry Kroto, Richard Smalley et Robert Curl, qui ont partagé le prix Nobel de chimie en 1996. On attribue à ces trois scientifiques la découverte des fullerènes. C'est pourquoi Iijima a reçu le tout premier prix Kavli en nanosciences en 2008.
En 1960, A. Rose a été le premier à suggérer l'idée d'un transistor à jonction nanocouche-métal de base semi-conducteur (jonction M-S). En 1962, L. Geppert, Mohamed Atalla et Dawon Kahng ont été les premiers à en fabriquer un.
Les gouvernements ont pris des mesures pour promouvoir et financer la recherche sur les nanotechnologies, comme aux États-Unis avec la National Nanotechnology Initiative, qui a officialisé une définition de la nanotechnologie fondée sur la taille et établi un financement pour la recherche à l'échelle nanométrique, et en Europe avec les programmes-cadres européens de recherche et de développement technologique.
Vers le milieu des années 2000, une vague d'attention nouvelle et sérieuse de la part de la communauté scientifique a commencé. La production de feuilles de route en nanotechnologies a donné lieu à de nombreux projets. Ces feuilles de route se concentrent sur la manipulation atomiquement précise de la matière et décrivent les capacités, les objectifs et les applications actuels et prévus.
L'année 2006 a vu le développement du plus petit dispositif nanoélectronique au monde, le MOSFET 3 nm, créé par une équipe de chercheurs coréens de l'Institut avancé coréen des sciences et de la technologie (KAIST) et du National Nano Fab Center. La technologie FinFET GAA (gate-all-around) a été la base sur laquelle il a été construit.
L'ingénierie de systèmes fonctionnels à l'échelle moléculaire est ce que l'on entend par le terme « nanotechnologie ». Il contient à la fois les projets en cours et les idées qui sont plus avancées dans leur développement. Dans son contexte d'origine, le terme « nanotechnologie » fait référence à la capacité anticipée de construire des choses à partir de zéro en utilisant des méthodes et des instruments qui sont actuellement en cours de développement afin de produire des produits finis dotés de capacités supérieures.
Un nanomètre (parfois écrit nm) est égal à un milliardième.
ou 10-9, à faire avec un mètre.
En revanche, les longueurs habituelles des liaisons carbone-carbone, ou la distance entre chacun des atomes qui composent une molécule, ont une taille comprise entre 0,12 et 0,15 nanomètre ; De plus, le diamètre d'une double hélice d'ADN est d'environ 2 nanomètres.
En d'autres termes, les formes de vie les plus simples composées de cellules, les micro-organismes appartenant au genre Mycoplasma, mesurent environ 200 nanomètres de long.
Selon la norme, selon la définition fournie par la National Nanotechnology Initiative aux États-Unis, la gamme d'échelle de 1 à 100 nanomètres est considérée comme une nanotechnologie.
La taille des atomes détermine la limite la plus basse, car l'hydrogène a les plus petits atomes de n'importe quel élément (
En raison du fait que la nanotechnologie doit construire ses gadgets à partir d'atomes et de molécules, qui ont un diamètre cinétique d'environ un quart de nanomètre.
La limite supérieure est plus ou moins arbitraire, mais c'est à peu près la taille en dessous de laquelle des phénomènes qui ne sont pas visibles dans des structures plus grandes commencent à devenir visibles et peuvent être utilisés dans le nano-dispositif. Cette taille est approximativement la taille de la plus petite taille en dessous de laquelle les phénomènes peuvent être remarqués.
Afin d'offrir une base scientifique fondamentale pour la nanotechnologie, des sous-domaines de la physique tels que la nanoélectronique, la...
