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Un nanomoteur réduit... à une molécule

ActualitéClassé sous :physique , nanomécanisme , moteur à phonons

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Une molécule de 1,2 nanomètre a pu être mise en rotation autour d'un axe. C'est à ce jour le plus petit mécanisme du monde. Application ? Par exemple se déplacer sur un brin d'ADN pour aller effectuer une intervention.

Une molécule d'hexa-t-butyl-pyrimidopentaphénylbenzène. Elle ne mesure que 1,2 nanomètre. Et pourtant, elle tourne... © IMRE

A l'échelle moléculaire, les recherches sur les nanomécanismes vont bon train. Dans ce domaine encore tout neuf, les scientifiques ont déjà inventé le moteur à phonons et sont même descendus au niveau atomique avec un moteur constitué de deux atomes seulement. Et n'oublions pas la plus petite voiture du monde, qui mesure... quatre nanomètres. Il est vrai que, à l'instar des premiers aéronefs plus lourds que l'air, le contrôle des mouvements de ces réalisations pionnières laisse encore à désirer. Les termes mécanisme et moteur sont sans doute un peu excessifs.

« Concevoir un engrenage de la taille d'une molécule est une chose. Contrôler son mouvement en est une autre » confirme Christian Joachim, de l'IMRE (Institute of Materials Research and Engineering), à Singapour. Dans un article publié dans Nature Materials, lui et ses collègues décrivent comment ils sont parvenus à faire tourner à volonté une molécule unique à l'aide d'un microscope à effet tunnel. Des mouvements induits à une aussi petite échelle ont déjà été réalisés avec cet instrument. Un tel microscope est constitué d'une pointe extrêmement fine (que l'on utilise sous vide) approchée à très faible distance d'une surface conductrice. Un faible courant électrique apparaît alors entre la pointe et l'objet observé. En balayant la surface, on mesure une variation de ce courant qui suit celle de la distance pointe-objet : au-dessus d'une bosse, il augmente, au-dessus d'un creux, il diminue.

Rotation à volonté

L'instrument peut également être utilisé pour déplacer des atomes. Si la pointe est suffisamment proche, elle peut littéralement accrocher un atome ou une molécule et l'entraîner plus loin. La prouesse est ancienne. Don Eigler et E.K. Schweizer l'ont réussie en 1989 en écrivant les trois lettres I-B-M avec 35 atomes de xénon.

Mais jusqu'ici, les mouvements déclenchés avec la pointe du microscope à effet tunnel restaient aléatoires. Christian Joachim et son équipe ont, eux, trouvé le moyen de contrôler finement le mouvement de leur molécule, en définissant précisément sa structure mais aussi son environnement et la surface (d'or) sur laquelle elle repose.

Cette modeste molécule hexagonale de 1,2 nanomètre de diamètre peut ainsi être mise en rotation autour de l'axe d'un de ses atomes en modulant la tension au niveau de la pointe du microscope.

« Nous avons créé un mécanisme complet qui pourrait être le premier élément de machines moléculaires plus complexes et pas plus grosses qu'un grain de sable » conclut Christian Joachim pour la revue Science Daily. Ce genre de nanomécanisme pourrait un jour être utilisé par exemple sur des brins d'ADN pour y effectuer une réparation... Mais ce n'est que l'une des applications envisageables.

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