Journal de Saclay n°31 - CEA Saclay

NANOTUBE DE CARBONE INTERRUPTEURDes chercheurs du DRECAM 1 à Saclay ont établi la loi de déformation d’un nanotube 2 de carbonesoumis à un champ électrique et ont mis à profit cette compréhension pour fabriquer, pour la premièrefois par autoassemblage, un nano-interrupteur.ActualitésLes « MEMs 3 » associent sur une même « puce » diverséléments mécaniques, optiques, électromagnétiques outhermiques et de l’électronique. Capteurs ou actionneurs,ils sont aujourd’hui utilisés dans l’automobile (airbag), lesune électrode. Le dispositif du CEA est la première réalisationde ce genre à bénéficier de techniques de contrôle dupositionnement des nanotubes développées au LEM. Desurcroît, une fois en contact avec l’électrode, le nanotubey reste même sous une tension très réduite. Cettepropriété peut être mise à profit pour réaliser des mémoirespar exemple.1périphériques informatiques (cartouches d’imprimantes àjet d’encre), le médical, le spatial et la défense. Ces technologiesaccompagnent la miniaturisation de la microélectronique.Pour une taille de composant inférieure aumillième de millimètre, on parle de « NEMs » 3 . En dessousd’un certain seuil, il devient nécessaire de changer radicalementde technologie.Une solution éléganteAlors qu’il est très difficile d’usiner des matériaux massifs auxdimensions requises, l’assemblage de nanotubes 3 decarbone constitue une solution élégante.Un nanotube de carbone fixé aux deux extrémités etsuspendu au-dessus d’un support conducteur a étéétudié. Lorsqu’une tension électrique lui est appliquée, ilest soumis à une force électrostatique attractive et sedéforme. Les chercheurs du Laboratoire d’électroniquemoléculaire (LEM) ont établi théoriquement une loid’échelle reliant cette déformation aux paramètres géométriqueset électrostatiques et ont pu vérifier cette loi enmesurant directement la déformation des nanotubes parmicroscopie à force atomique.Forts de cet acquis, les chercheurs du LEM ont fabriquéun nano-interrupteur. Lorsque le nanotube est soumis à unpotentiel électrique, il se déforme et entre en contact avecPartenariatsLes applications d’ores et déjà envisageables vont descapteurs de force ultra-faibles jusqu’aux commutateurs designaux de hautes fréquences pour les télécommunications.Pour aller plus loin, il faudra parvenir à intégrer sur unemême puce le nano-interrupteur et le système électronique.Ce problème se trouve au cœur du nouveau projeteuropéen NANO-RF, coordonné par l’Ecole polytechniquefédérale de Lausanne et qui implique différents laboratoiresdu CEA et du CNRS, ainsi que d’autres partenaireseuropéens.1 DRECAM : Département de recherche sur l’état condensé, les atomes et lesmolécules.2 Les nanotubes de carbone ont typiquement un diamètre de quelques milliardièmesde mètre (nanomètres) et une longueur de quelques millionièmes de mètre.3 MEMs ou NEMs : systèmes micro (ou nano) – électro - mécaniques.21 C’est au laboratoire d’électronique moléculaire que le nanointerrupteurà nanotube de carbone est conçu, réalisé et testé.2 Image en microscopie électronique à balayage d’un nanotube« multiparois » suspendu au-dessus d’un substrat de siliciumdopé.13