Sciences

Comment fabriquer des nano-objets ?

ActualitéClassé sous :chimie , nanoparticule , institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay

-

Comme dans un jeu de Lego, des chercheurs du CNRS peuvent assembler de multiples manières des nanoparticules pour fabriquer des objets microscopiques de toutes sortes. Leur matériau de base : le bleu de Prusse...

Vues au au microscope électronique à transmission des nanoparticules, constituées d'un cœur et d'une couronne, tous deux formés de réseaux de structures cubiques. A droite, un agrandissement montre que les réseaux sont en parfaite épitaxie, c'est-à-dire que leurs constituants sont alignés. Crédit : Talal Mallah/Institut de chimie moléculaire d’Orsay

Pour une large part, les méthodes de construction de structures de tailles nanométriques restent encore à mettre au point. On peut les créer en taillant des matériaux plus grossiers ou, à l'inverse, partir de nanoparticules que l'on assemble. Mais alors, le contrôle du procédé est très délicat. Une solution élégante vient d'être présentée par une équipe française, rassemblant des chercheurs de l'institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay, du laboratoire de physique des solides (CNRS/Université Paris Sud 11) et de l'institut de physique et de chimie des matériaux (CNRS/Université Strasbourg 1).

Ces physiciens ont travaillé sur des composés de la famille du bleu de Prusse dont la molécule renferme, entre autres, des métaux dits de transition. Ceux-ci, dans la classification de Mendeleïev, présentent des propriétés optiques, électriques et magnétiques particulières. Mettant à profit leur tendance à s'assembler spontanément de façon ordonnée sous certaines conditions en formant des réseaux de taille nanométrique, les scientifiques sont parvenus à empiler plusieurs réseaux magnétiques en couronne autour d'un cœur. Chaque couche, de nature chimique différente, est ainsi susceptible d'apporter une propriété physique supplémentaire.

Un procédé de fabrication délicat

Le bleu de Prusse (aussi appelé bleu de Berlin) est un pigment bleu foncé utilisé en peinture depuis le début du 18e siècle de formule chimique Fe7(CN)18(H2O)x (x varie de 14 à 16). Ces composés sont constitués de métaux de transition, entourés de groupes organiques qui leur sont liés, que l'on appelle des ligands. L'ensemble forme un réseau de coordination.

L'équipe, conduite par le professeur Talal Mallah du Laboratoire de Chimie Inorganique, a travaillé à partir d'une nanoparticule de ce réseau de coordination placée en suspension dans l'eau, y ajoutant goutte à goutte les constituants d'un second réseau en veillant à ne jamais atteindre le seuil de concentration où ils pourraient s'agréger entre eux. Il est ainsi possible d'obtenir, par exemple, un objet constitué d'un cœur de nickel chrome (CsNiCr(CN)6) de 9 nm de diamètre entouré d'une couronne à base de cobalt et de chrome (CsCoCr(CN)6) de 1,5 nm d'épaisseur. On obtient ainsi une nanoparticule magnétique bistable, pouvant être utilisée pour le stockage de l'information.

Les chercheurs ont répété l'opération en superposant d'autres réseaux dont l'épaisseur est individuellement contrôlable à l'échelle du nanomètre. Ils envisagent ainsi de synthétiser des nano-objets combinant des propriétés magnétiques pouvant être modulées par un champ électrique, la température, l'exposition lumineuse ou la pression.

Nouvelle technologie et nouvelles perspectives

Il est à noter que les chercheurs du CNRS avaient déjà réussi début 2007 à utiliser un composé du bleu de Prusse dans le même usage. En remplaçant quelques-uns des atomes du fer par du cobalt, cette molécule non magnétique passe en effet à un état magnétique de manière stable et retourne à son état d'origine si on la chauffe. Cette modification est provoquée par le passage d'un électron entre les atomes du cobalt et du fer par absorption de lumière ou d'énergie thermique.

Fondamentalement différente, la nouvelle technologie marque une rupture et permet d'envisager de nombreuses applications pour réaliser des tâches variées, non seulement dans le domaine du stockage de l'information, mais aussi du traitement du signal. Il serait aussi possible, par décomposition des nano-objets ainsi obtenus, d'obtenir des alliages métalliques complexes ou mêmes inaccessibles à l'industrie utile pour la fabrication de mémoires d'ordinateurs à très haute densité ou de catalyseurs, entre autres.