Une électricité étrange dans des fils d'or de l'épaisseur d'un atome

Publié le 04/03/2006 par Rémy Devaureix - Lu 649 fois

Des physiciens ont élaboré les colliers d'or les plus fins du monde. La plus petite épaisseur de fil actuelle dans les dispositifs électroniques industriels est d'environ 50 nanomètres, soit approximativement 500 atomes de large. La limite ultime serait des fils de seulement un atome de large. Bien que tous les dispositifs électroniques ne pourront pas en disposer, leur fabrication est désormais réalisable.

Paul Snijders et Sven Rogge de l'Institut Kavli des Nanosciences de l'Université de Delft au Pays-bas, et Hanno Weitering de l'Université du Tennessee ont réalisé ces fils de la grosseur d'un atome en vaporisant des atomes d'or sur un substrat de silicium préalablement nettoyé de ses impuretés par cuisson au four à 1200 kelvins. La surface cristalline a été découpée pour former des marches d'escalier. Livrés à eux-mêmes, les atomes se sont auto-assemblés en fils (alignés le long des ondulations) sur une longueur pouvant atteindre 150 atomes.

Les chercheurs ont ensuite abaissé la sonde d'un microscope à effet tunnel (STM) au-dessus de la minuscule rangée d'atomes pour étudier la nano-électricité se déplaçant dans la chaîne ; le microscope permet d'une part de visualiser les atomes et d'autre part de mesurer les états d'énergie des électrons externes. Les scientifiques ont observé des ondes de densité de charge (variations normales de la densité des électrons se déplaçant le long du fil en mode pulsé). Cependant, à cause de la longueur extrêmement courte du fil, un phénomène d'onde stationnaire est apparu suite à l'abaissement de la température.

onde stationnaire de densité des électrons le long du nano-fil.
La représentation "quasi-particulaire" de l'onde indique parfois
un spin et une charge fractionnaires.

L'onde est une modulation de la charge électronique et seules certaines longueurs d'onde sont permises. En d'autres termes, l'onde de densité reste figée, permettant à la sonde du STM de mesurer l'onde (la densité d'électrons) en de nombreux points le long du fil. Étonnamment, deux ondes de densité ou plus pourraient co-exister le long du fil. Et en considérant les perturbations de densité de charge comme particulaires, certains états excités pourraient posséder parfois une charge fractionnaire.

Ces résultats sont publiés dans l'édition de Physical Review Letters du 23 février 2006.

Source: Techno-Science via Physics News Update
Illustration: Kavli Institute of NanoScience, Delft University of Technology