Visite de l'INSP: Le microscope à force atomique

Être chercheur, c'est faire des recherches ...
 mais qu'est-ce que cela veut dire concrètement ?

Vendredi 5 février, nous avons visité
l'Institut des NanoSciences de Paris (à Jussieu)

Voici les objets qui entourent un chercheur qui travaille sur le Microscope à Force Atomique (AFM):

Il s'agit du cahier où les chercheurs doivent noter tous ce qu'ils font et comment ils utilisent le AFM.

Ce boitier contient les toutes
petites pointes (chacune sur un
cantilever) qui seront introduites
dans le support.

Il nous présente le support
et la place du cantilever.

Le chercheur introduit le cantilever
dans le support à l'aide d'une pince.

Voici le porte échantillon, au centre, la fine
plaque noire est l'échantillon à analyser.

Ceci est le microscope à force atomique (AFM) sans le
porte échantillon qui doit se trouver
au dessus du microscope.

Olivier Plychéry installe le
porte échantillon sur le AFM

Le point rouge est le laser. Le scientifique règle le laser
qui dois se trouver sur le dos de la pointe,
cela est très délicat et très long

C'est un image vu par un microscope,
dans le but de de régler très
minutieusement le laser sur
le bout de la pointe.

L'image représente les nanoparticules placées
sur l'échantillon. Il s'agit d'un grossissement
à partir de l'image d'origine. En dessous
on observe un graphique qui montre la
topographie de la surface étudiée.

La pointe étant abimée, cette représentation
montre la pointe par rapport au nanoparticules
et non  les nanoparticules par rapport à la pointe.

Voici l'impression avant le zoom effectué par le scientifique,
donc l'image d'origine.

Photos prises et légendées par: Louise

Visite de l'INSP: le MBE

  La salle du MBE (Molecular Beam Epitaxy) est pleine de grosses machines

Salle où se trouve le MBE

 

Nous avons visités la salle où est entreposé le MBE (molecular beam epitaxie ou épitaxie par jet moléculaire) avec le chercheur Franck Vidal mais avant de rentrer dans la salle il nous a montre les tuyaux d'azote qui était relier à la machine et que cet azote arrivait de la salle où l'on garde l'azote et l'hélium que l'on a visité en premier.  L'azote qui refroidi la chambre dans une paroi permet de chauffer un endroit précis dans la chambre quand on le souhaite. 

Avant de rentre dans la salle il nous a dit de mettre des sorte de chaussures a mettre par-dessus nos chaussures pour ne pas salir la salle qui est sous climatisation pour avoir une humidité constante. 

 

Puis il nous a expliqué comment fonctionnait la machine qui est en permanence sous vide pour crée des couches.

 D'abord on place le substrat (plaque de départ) qui est dans un état cristallin c’est-à-dire que les atome sont espacées de façon périodique dans la machine, ensuite on fait pousser des matériaux en mettant des atomes sur le substrat et ainsi de suite en les chauffant en même temps. Mais les atomes ne veulent pas ce placer comme l'on veut pour former des plaques' il arrive souvent qu'il ne forme pas une plaque mais une petite sphère sur le substrat. 

 

En arrivant dans la salle on a vu qu'il y avait du papier aluminium qui recouvrait quelque partie des la machine et il nous a dit que ca servait à étuvage pour lutté contre l'humidité qui crée une pression dans la machine qui gène au pompage de l'air dans la machine.

Pour les plaques avec des couches de fer qui peuvent s'oxyder a l'air on met une fine couche d'or pour le préserver. Pour observer la surface de l'échantillons on utilise un microscope à effet tunnel avec un courant tunnel pour pouvoir voir les atomes en approchant une pointe avec quelque atomes sur la pointe a moins de 1Ångström de la plaque avec un logiciel. 

par: David

photos:  Alexandre

Préparation de la visite de labo

Quelles questions poser à une chercheur qu'on ne connait pas?

Pour chaque groupe nous avons préparer des questions afin de préparer la sortie du 05/02. 

Les questions du groupe sur l'opales: 

Les nanosciences sont-elles dangereuses? 

Est-elle un élément naturel, ou fabriqué par la nature? 

Groupes MBE:  

Les nanoparticule créée par la mbe sont elles dangereuses pour l'Hommes? 

Quels sont les matériaux compatibles avec le MBE? 

Groupe microscope a force atomique 

Est-ce que le rapport : prix/rentabilité est intéressant? 

Comment traduire le mouvement de la pointe en chiffres et données  

Groupe acoustique: 

Comment fabriquez vous une onde? 

Combien un projet peut il couter 

Hichem

Matière molle :  

-Qu'Est-ce que la matière molle ? 

-Y a-t-il des avantages a etre chercheur ?  

-Comment caractériser la matière molle expérimentalement ? 

-Quel est votre parcours ?  

Boites quantiques 

-études? 

-motivation? 

-école? 

-salaire? 

-années d'études? 

-débouchées? 

-risques 

-protections? 

-impact environnemental ? 

-a quoi ca sert ? 

-fonctionnement ? 

-utilisation ? 

Supraconductivité  

-y a-t-il des dangers ? pour la santé ? l'environnement ? 

-Est-ce que l'on se sert déjà de la supraconductivité et dans quoi ? 

-quand a été découvert la supraconductivité ? 

-depuis quand étudier vous sur la supraconductivité ? 

-qu'Est-ce que la lévitation magnétique ? 

-Est-ce qu'un jour on pourra faire du skate en lévitation magnétique ? 

-y a t il des avantages économiques ?

 

Hayley 

La conférence du 21 janvier

Une conférence très scientifique au lycée Maurice Ravel

Jeudi 21 Janvier, Laura Thévenard, chercheuse à L'INSP (Jussieu)
 a donné une conférence au lycée Maurice Ravel

Mme Mollet, professeure au lycée Ravel a pris des notes pour nous aider à nous souvenir de cette conférence, et nous avons écrit des légendes sur les diapositives de la conférence. Les articles suivants vous montrent les différents sujets évoqués dans cette conférence:

COMPTE-RENDU CONFERENCE – jeudi 21 janvier 2016 par Mme Mollet (lycée Ravel) 

Laura Thévenard – INSP UMPC 

Sujet de recherche : renverser le champ magnétique avec une onde acoustique. 

 

Introduction de la conférence sur les nanosciences au lycée Maurice Ravel par Laura Thevenard, chercheuse en nano magnétisme, pour une classe de seconde et une classe de terminal S. 

Valentine

Titre : nanosciences : du quotidien à la recherche 

1. Objet nanométrique 

Ex : cheveu, bactérie, molécule d’eau, virus 

2. Nanosciences, nanotechnologie 

<  100 nm 

3. Quelles propriétés changent à l‘échelle nanométrique ? 

1. Effet de surface important 

Par exemple  -      la dissolution est plus importante 

• Nanoparticules dans un pot catalytique : 

Molécules polluantes : CO, N2O doivent être transformées en molécules non polluantes : CO2, H2O 

Dans le pot catalytique : le platine (Pt), le rhodium (Rh) forment une structure en nid d’abeille 

Catalyse CO + ½ O2 -> CO2 a lieu à 400°C qd moteur chaud 

Pour que les gaz, qu'émettent les moteurs soit moins polluante, on met du platine et du rhodium dans les pots catalytique.Cependant il n'était efficace qu'à 400°C , c'est pourquoi on utilise maintenant de l'or à la place du platine et du rhodium qui est efficace dès 25°C . 

Alison

Remplacer Pt et Rh par l'or (Au) : 

Au – cher 

Catalyse à 20 °C dc plus intéressant sur petit trajet.

2. Propriétés optiques modifié 

• Coupe de Lycurgue (coupe romaine du IVème si AD) recouverte de nanoparticules d’or 
  

  

 L'or massif et les nanoparticules d'or n'ont pas la même couleur. L'or massif est jaune/doré alors que les nanoparticules d'or sont rouges. Les propriétés optiques(visuelle) sont donc modifiés lorsque l'on passe de l'or au nanoparticules d'or. 

Hayley.

• Nanoparticules de TiO2 : ds crème solaire diffuse la lumière
  
   
  

  Les nanoparticules de TiO2 pour la crème solaire par exemple ,ont été modifiés grâce aux progrès de la taille microscopique à la taille nanoscopique ,pour que ces particules ne soient pas trop visible sur la peau et s'imprègnent plus facilement dans la peau.  

                                   Alexandre.
  

  

  Cette image représente l'utilité des nanoparticules dans les crèmes solaires que nous utilisons. 

  a droite sur la photo avec l homme on peut voir une  crème solaire avec des microparticules qui est alors blanche, au contraire la crème constituée de nanoparticule et transparente.Grace au fait qu' elles sont fortement reflechissantes.On peut donc choisir grâce a cette formule une crème solaire plus discrète. 

                                                         amelle

                                 Des pigments de peinture : anti saleté 

Les nanoparticules sont très réfléchissantes alors que les microparticules le sont moins. 

• Ailes du papillon Morpho paraissent bleues alors qu’il n’y a pas de pigments. 

3. Propriétés magnétiques modifiées : 

• Nanoparticules fer-platine (Fe-Pt) 

Injection de nanoparticules magnétiques en cas d’arthrose puis on approche de la zone un aimant (image : www.unige.ch) 

• Hyperthermie magnétique : 

En inversant l’orientation des pôles magnétiques  on produit de la chaleur. 

Application : tuer les cellules cancéreuses. 

• Dans la nature : existe bactérie qui s’orientent en fonction du champ magnétique terrestre (présence de Fe3O4) 

4. Objets vraiment tout petits : 

Unité centrale : 

• Microprocesseur 

• Disque dur 
• DVD 

Taille des transistors : 105 nm ( ?) en 1970, 10 nm en 2020

Et la physique quantique ? 

Explications de la composition d’une onde. 

 Un électron est à la fois une onde et une particule. 

Aïcha 

L’énergie est quantifiée dc ne peut prendre que des valeurs déterminées. 

Cette photographie permet de voir une représention de la structure (ou configuration) électronique d'un atome. On peux identifié plusieurs couches tel que (K) pouvant contenir seulement 2 électrons , (L) (M) (N) pouvant atteindre jusqu'a 8 électrons par couches.  

On parle de physique quantique car il s'agit de la physique dans laquelle on étudie les électrons, et la structure électronique d'atomes. 

Louise S.

cette image nous montre la structure d'un atome avec au centre un noyau composer de neutrons et de protons et autour des couches sur lesquels se trouvent les électrons. La première couche, la couche K peut contenir au maximum 2 électrons toutes les autres peuvent en contenir 8. la dernière couche  est appelé couche externe 

Hichem

Faire des atomes artificiels dont on peut contrôler les niveaux d’énergie. Cela permet de faire des boites quantiques : cœur cadmium-sélénium (Cd-Se) et coquille sulfure de zinc (ZnS), taille : 2-100 nm, couleur : rouge. 

Comme les électrons sont confinés à des niveaux d'énergie très éloignés les uns des autres, la boîte émet une seule longueur d'onde lorsqu'on l'excite. Cette propriété permet d'utiliser les boîtes quantiques comme marqueurs biologiques. Elles fonctionnent comme des fluorophores bien plus stables que les molécules fluorescentes traditionnellement utilisées.  Imane. M-A

Si on illumine la boîte quantique avec des UV elle change de couleur et devient jaune . toutes les couleurs sont possibles. Les couleurs sont liées à la taille des particules. 

Attention : ds le cas de l’or c’est un effet classique de diffusion et non un effet quantique. 

Application : quantum Dot TV 

Pb : Cd cancérigène.

suite dans l'article ci-dessous