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Visualisation de la surface d'un fluide à une échelle nanométrique : une première mondiale

ActualitéClassé sous :physique , Direction des sciences de la matière , DSM

Des chercheurs de la Direction des sciences de la matière (DSM) du CEA, en collaboration avec l'Institut Max Planck de Stuttgart et l'ESRF (European synchrotron radiation facility) viennent d'apporter des éclairages décisifs à propos des phénomènes qui régissent le comportement d'un fluide à l'échelle du nanomètre (milliardième de mètre). Ces données sont essentielles pour la fabrication de surfaces nanostructurées ou la mise au point des laboratoires sur puce. Les problèmes posés par la circulation de petites quantités de fluide sont en effet un des grands défis à relever pour le développement des micro et nanotechnologies.

Dans une première série d'expériences, les chercheurs ont utilisé le rayonnement intense du synchrotron de l'ESRF pour visualiser, par diffusion des rayons X, les fluctuations spontanées qui existent à la surface d'un liquide. Ils ont observé la formation de vaguelettes d'une hauteur de quelques dixièmes de nanomètre, provoquée notamment par le mouvement désordonné des molécules constituant le liquide. L'analyse de ces fluctuations a montré qu'à l'échelle nanométrique, la surface d'un liquide est plus déformable que prévu. Ceci implique que, pour imposer une forme spécifique à une goutte de taille nanométrique, les lois classiques de la mécanique de fluides ne suffisent plus et qu'il devient nécessaire de tenir compte explicitement des interactions existant entre les molécules constituant le fluide.

Par ailleurs, dans une seconde série d'expériences, les chercheurs ont utilisé un microscope à force atomique (AFM)(1) pour étudier des gouttes de liquide de taille nanométrique afin de comprendre les forces qui agissent sur la forme de telles gouttes. On pensait jusqu'à présent que la forme d'une goutte de taille nanométrique dépendait principalement de son volume. Le résultat des expériences montre que la forme de la goutte est principalement gouvernée par les hétérogénéités du support sur lequel elle repose. En effet, même si pour ce type d'expérience réalisée dans des conditions extrêmement contrôlées, le support est réputé parfait, un simple déplacement de molécules à sa surface, ou la présence de molécules de nature différente, suffisent à agir comme un point adhérant ou répulsif. Compte tenu de la faible taille de la goutte, ceci peut modifier son rayon ou même changer complètement sa forme lorsque les hétérogénéités deviennent importantes.

Note :

(1) L'apparition, dans les années 1980, des microscopes à champ proche (microscopes à effet tunnel (STM) ou à force atomique (AFM) a permis de scruter la matière solide à échelle nanométrique.

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