De la recherche fondamentale au partenariat industriel

Projet MINANO

Chapitres
  1. Bilan MINANO
  2. Projet MINANO

Projet MINANO

Enjeux sociétaux
La recherche de la miniaturisation des composants ne se traduit pas par une simple homothétie sur les dimensions, mais elle offre la possibilité d'exacerber les phénomènes physiques et chimiques à travers l'ingénierie des nanostructures, que ce soit par approche top-down ou bottom-up. L'enjeu à long terme de nos recherches est de réduire les dimensions afin de consommer moins de matières premières et d'énergie, mais aussi d'accroitre les fréquences de fonctionnement et les capacités de stockage de l'information.
Enjeux scientifiques
- Les phonons acoustiques dans la gamme du GHz au THz présentent des longueurs d'onde du nanomètre au micron ; on sait intégrer sources et détecteurs et la phase des signaux reste toujours accessible, à la différence de l'optique. A long terme, la phononique peut conduire à la réalisation de composants de traitement de l'information extrêmement compacts ;
- Les changements de conformation ou d’états quantiques des molécules adsorbées sur une surface semiconductrice peuvent servir à stocker de l'information ; on peut ainsi en théorie obtenir des densités d’intégration phénoménales de 10 Tbit/inch2 qui pourraient être exploitées en « lecture-écriture » par microscopie en champ ;
- Les progrès des nanotechnologies génèrent de nouveaux défis pour l'observation des phénomènes et la caractérisation des objets fabriqués. Pour les besoins de la micro & nano-acoustique, par exemple, nous devons mesurer avec précision à haute fréquence l'amplitude et la phase des vibrations et des ondes, suivre des phénomènes extrêmement brefs et atteindre des résolutions spatiales de plus en plus importantes.

Objectifs de recherche

Micro-Instrumentation

Développement instrumental aux courtes échelles de temps et d’espace
A travers un projet ambitieux (ANR P2N 2010 PHEMTO) et en collaboration avec différents partenaires (CEA LETI, CEA LITEN, CPMOH) nous nous proposons de concevoir une plateforme d’instrumentation multiphysique permettant d’explorer et de quantifier les phénomènes physiques (thermiques, acoustiques) aux courtes échelles de temps et avec une haute résolution spatiale. Pour atteindre cet objectif, certains verrous aussi bien scientifiques que technologiques devront être levés (résolution de l’ordre de la centaine de nanomètres à l’échelle femtoseconde par exemple) qui constitueront en soi des avancées dans le domaine de la micro-instrumentation. Ce projet aura des retombées relativement larges puisque les applications concerneront la caractérisation des nanomatériaux de façon générale avec un intérêt particulier dans le domaine de la microélectronique et des énergies renouvelables (analyse des phénomènes de transport, des points chauds, etc.).
Atouts, opportunité et positionnement
L’optimisation et le contrôle des propriétés physiques des nanomatériaux nécessitent impérativement de disposer d’instruments de caractérisation utilisables dès le stade de la Recherche & Développement. Or la manipulation des nano objets et la mesure in situ de leurs propriétés électriques, thermiques et acoustiques, restent encore très difficiles. De plus, de nombreux phénomènes parasites rendent peu fiables les résultats expérimentaux. Il existe donc un besoin de nouveaux outils à haute résolution temporelle et spatiale pour la caractérisation multiphysique sans contact à l’échelle nanométrique. Le groupe micro-instrumentation est bien positionné pour relever ces défis en s’appuyant sur des compétences pluridisciplinaires reconnues dans ce domaine.

Nanosciences

Assemblages et moteurs moléculaires
Après avoir démontré la possibilité d’observer des molécules intactes et isolées sur silicium, le groupe s’est fixé comme objectif pour le prochain quadriennal la réalisation de moteurs moléculaires, de systèmes auto-assemblés stables à haute température et de diriger à long terme ces travaux vers l’électronique et la mécanique moléculaire. A court terme, le groupe a obtenu pour ces thématiques deux projets ANR-P3N (dont un cofinancé avec la NSF) pour les années 2010-2013.
Atouts, opportunité et positionnement
La grande majorité des études de molécules déposées sur des surfaces sont réalisées sur métaux. Cela implique généralement de travailler à très basse température et pose des problèmes de compatibilité avec la réalisation de composants basés sur la technologie silicium. C’est pourquoi, le savoir-faire du groupe sur les interfaces molécules/silicium est un atout considérable face à la concurrence internationale. Nos activités se placent parmi les 4 ou 5 meilleures équipes du domaine et ont suscité l’intérêt des meilleurs laboratoires français et étrangers du domaine (CINAM, CEMES, CEA, L2MP, IEF, IJL, Ecole Polytechnique de Montréal, Ohio University, Université de Louvain la Neuve).

Cristaux phononiques

Exalter les interactions entre phonons et photons par le confinement et le ralentissement des ondes
Nous sommes engagés dans la conception et la réalisation de cristaux phoxoniques, des nanostructures présentant simultanément des bandes interdites phononiques et photoniques. Nous explorons deux bases technologiques permettant le confinement 3D, les composants intégrés sur niobate de lithium (ANR P3N phoXcry) et les nanostructures membranaires en silicium (FP7 Tailphox). Au delà de la démonstration de principe, nous souhaitons être parmi les premiers à exploiter les opportunités offertes par le ralentissement (son et lumière lents) et le confinement dans des guides ou cavités phoxoniques pour exalter les interactions entre phonons et photons. Les applications visées sont des modulateurs acousto-optiques ultra-intégrés, et des systèmes de retard et de stockage des impulsions optiques par voie acoustique.
Atouts, opportunité et positionnement
Le groupe d'Oscar Painter à Caltech a proposé récemment le concept de cristaux et cavités optomécaniques, dont le principe consiste à coupler les modes optiques et mécaniques d'une nano-cavité à travers les forces optiques évanescentes. Au delà de la prouesse technologique nécessaire à ces expériences, nous pensons qu'il y a beaucoup à gagner à travailler avec des ondes guidées plutôt que localisées dans une cavité. L'accord de phase entre phonons et photons guidés pourrait par exemple permettre l'ingénierie de l'effet Brillouin ou la génération de phonons cohérents par électrostriction. Nos atouts dans cette quête seront notre culture conjointe des cristaux phoxoniques et de l'effet Brillouin dans les fibres microstructurées.

imprimer Haut de page