Revue des sciences mai 2014

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Revue des sciences mars 2014

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Revue des sciences décembre 2013

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Revue des sciences septembre 2013

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Pas de thermodynamique à l’échelle nanométrique

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- Pas de thermodynamique à l'échelle nanométrique

Il n'y a rien de plus logique que les lois de la thermodynamique ne soient pas applicables à l'échelle atomique dès lors que ce sont des lois statistiques. L'augmentation de l'entropie n'est rien d'autre que la probabilité qu'un ensemble tende vers son état de plus grande probabilité si rien ne l'en empêche, ce qui n'a aucun sens au niveau d'un atome isolé. A ce niveau, on a affaire à l'autre sorte d'entropie liée à la transformation de l'énergie (par frottement, réaction chimique, décohérence, etc.) et qui n'est pas du même ordre que l'entropie statistique. Ce que cette étude montre, c'est que ce type d'entropie est beaucoup plus irréversible que l'entropie statistique, ce qu'ils attribuent à des effets quantiques.

La distinction entre ces deux types d'entropie n'a pas été assez soulignée jusqu'ici, il est bon que cela devienne un problème de physique à l'échelle nanométrique. Les auteurs qui ont essayé de récupérer l'énergie mise dans un moteur nanométrique n'ont pu que constater des pertes bien plus importantes qu'au niveau macroscopique, une plus grande irréversibilité (ce que désigne le mot entropie). Ils en concluent que des moteurs nanométriques seraient forcément très dispendieux en énergie ce qui ne tient pas compte d'autres phénomènes dont on pourrait tirer parti à cette échelle mais disqualifie sans doute les moteurs thermiques à cette échelle.

Les chercheurs ont découvert un ensemble de lois qui déterminent ce qui arrive à ces systèmes microscopiques lorsqu'on les chauffe ou les refroidit. Une conséquence importante de leurs lois, c'est qu'il y a une irréversibilité bien plus fondamentale dans les petits systèmes, ce qui signifie que des moteurs thermiques microscopiques ne peuvent pas être aussi efficaces que leurs homologues plus grands.

Avec les grands systèmes, si vous mettez de l'énergie dedans, vous pouvez récupérer toute cette énergie pour alimenter un moteur qui peut effectuer un travail (comme soulever un poids lourd). Mais les chercheurs ont constaté que ce n'était pas le cas pour les systèmes microscopiques. Si vous mettez en œuvre un système quantique vous ne pouvez généralement pas tout récupérer.

La "Thermodynamique à l'échelle microscopique est fondamentalement irréversible. Ceci est radicalement différent de grands systèmes où tous les processus thermodynamiques peuvent être largement réversibles si on change ces systèmes assez lentement".

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Des panneaux solaires d’épaisseur nanométrique

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- Des panneaux solaires d'épaisseur nanométrique

Des panneaux solaires constitués de 2 couches, d'un atome d'épaisseur chacun, de graphène et de disulfure de molybdène n'ont qu'un rendement de 1 à 2%, ce qui est faible en surface mais par rapport à la matière, le rapport est de 1000 fois plus que les systèmes conventionnels. Ce serait donc utile au moins quand la légèreté est cruciale.

Il y a aussi des photo-transistors associant graphène et chlorophylle qui semblent prometteurs.

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Des ondes sonores pour un positionnement précis de nanofils

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- Des ondes sonores pour un positionnement précis de nanofils

La lithographie peut difficilement imprimer des motifs inférieurs à 50nm, ce qui pourrait se faire avec des ondes sonores stationnaires à la surface d'un matériau. De quoi former, en effet, des lignes creuses où les nanofils en solution sont canalisés. Des ondes perpendiculaires peuvent diriger le motif dans une autre direction comme dans un circuit imprimé. De quoi gagner donc en miniaturisation mais aussi en souplesse, pouvant se faire en temps réel, un peu comme des imprimantes 3D par rapport à un processus industriel.

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Stabiliser un antioxydant avec des nanoparticules

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- Stabiliser un antioxydant avec des nanoparticules

Les antioxydants utilisés notamment dans l'alimentation ont une durée de vie courte car très réactifs. L'acide gallique est l'un des meilleurs antioxydants mais ses molécules ont tendance à interagir entre elles, les neutralisant. En les combinant avec de grosses nanoparticules en dioxyde de silicium, cela les empêcherait d'interagir entre elles comme de gros ballons empêchant de s'approcher.

Le résultat, c'est un antioxydant plus efficace et plus durable.

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Un capteur photo en graphène ultra sensible à la lumière

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- Un capteur photo en graphène ultra sensible à la lumière

Des chercheurs de l’Université Technologique de Nanyang (NTU) située à Singapour ont développé un capteur à base de graphène capable de détecter la lumière dans un très large spectre, allant du visible à l’infrarouge moyen. Sa particularité est de présenter une très grande photoréponse ou sensibilité à la lumière.

Le professeur Wang a mis au point des nanostructures de graphène qui « piègent » les électrons générés par la lumière pendant un temps beaucoup plus long que dans les transistors des capteurs CMOS par exemple.

Le signal électrique beaucoup plus intense qui en résulte se traduit alors par des images plus claires et plus nettes même lorsque l’intensité de la lumière est faible.

Non seulement, ce capteur à base de graphène est mille fois plus sensible à la lumière que les capteurs CMOS (Complementary Metal-Oxyde-Semiconductor) ou CCD (Charge-Coupled Device) actuels, mais il consomme également 10 fois moins d’énergie car il fonctionne à des tensions inférieures et utilise moins de courant électrique.

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Utiliser les nanotubes comme filtres ultrarapides pour le dessalement

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- Utiliser les nanotubes comme filtres ultrarapides pour le dessalement

Des simulations laissent penser que le flux de molécules d'eau à travers des membranes en nanotubes de carbone serait extrêmement rapidement, ce qui les rendrait très intéressants comme filtres au point de vue coût-efficacité pour des usines de dessalement d'eau de mer: les molécules d'eau passent en effet à travers les pores nanométriques alors que les ions de sel ne le peuvent pas.

Les molécules d'eau voleraient littéralement à travers les nanotubes de carbone sans toucher les parois hydrophobes, d'où leur friction réduite et des performances très supérieures (au moins de 200 à 1000 fois).

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Un vaccin universel contre la grippe à base de nanoparticules

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- Un vaccin universel contre la grippe à base de nanoparticules

En fait, pour l'instant, le vaccin n'est pas vraiment universel, mais il pourrait le devenir.

La nanoparticule est créée à partir d’hémagglutinine, une protéine retrouvée à surface des virus de la grippe (le H utilisé pour dénommer les différentes souches - ici le H1), et de la ferritine, une protéine qui transporte le fer et qui possède la propriété de se regrouper spontanément en amas.

Ces polypeptides ont été fusionnés par autoassemblage, obtenant un cœur sphérique composé de 24 molécules de ferritine, duquel s’élèvent huit colonnes, chacune constituée de trois fragments particuliers d’hémagglutinine.

Ces nanoparticules déclenchent une production d’anticorps antigrippaux bien plus importante qu’avec les vaccins classiques, à base de virus entiers inactivés, chez deux modèles animaux. Cette réponse immunitaire est 34 fois plus intense chez les souris et 10 fois plus importante chez les furets.

Ce vaccin d’un genre nouveau a donc un large spectre d’action, mais n’est pas universel. Pour immuniser complètement un individu, il faudrait lui injecter des nanoparticules présentant des hémagglutinines H1 à H17. Les auteurs ont déjà conçu ces composés avec des hémagglutinines H2 et H3, ainsi que certaines luttant contre les virus de la grippe de type B, mais ils n’ont pas encore été testés.

Voir aussi Futura-Sciences. Par ailleurs on espère pouvoir faire un vaccin à très large spectre en ciblant un polymère (poly-N-acétyl glucosamine ou PNAG) commun à de nombreux agents infectieux (virus, bactéries, champignons).

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Une lentille pour projeter des images 3D en l’air

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- Une lentille pour projeter des images 3D en l'air

Ce n'est pas si extraordinaire car ne projetant l'image 3D d'un objet qu'à seulement quelques longueurs d'onde et c'est encore grâce à des métamatériaux qu'on obtient un indice de réfraction négatif permettant de concentrer à distance des rayons ultraviolets (pas seulement des micro-ondes). On peut juste se dire que c'est prometteur pour la suite.

Cette lentille plate ne repose pas sur des motifs nanométriques, mais consiste plutôt en simple sandwich de couches alternées d'épaisseur nanométrique d'argent (vert) et de dioxyde de titane (bleu), dont la production utilise des méthodes classiques.

Lorsqu'il est éclairé par une lumière UV, un objet placé d'un côté est projeté comme une image en 3D de l'autre côté. Ici, un anneau découpé dans une feuille sur la gauche est répliqué par la lumière située sur la droite.

Voir aussi Futura-Sciences.

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Des semi-conducteurs de l’épaisseur d’un atome

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- Des semi-conducteurs de l'épaisseur d'un atome

Les chercheurs ont travaillé avec du sulfure de molybdène (MoS2), un matériau semi-conducteur peu coûteux avec des propriétés optiques et électroniques similaires aux matériaux déjà utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, la différence du MoS2 avec les autres matériaux semi-conducteurs, c'est qu'il conserve ses propriétés même lorsqu'il n'a qu'un seul atome d'épaisseur.

Dans la nouvelle technique, les chercheurs mettent des poudres de soufre et de chlorure de molybdène dans un four dont ils élèvent progressivement la température jusqu'à 850°C où la poudre se vaporise. Les deux substances réagissent dès lors pour former du MoS2 et cette vapeur est ensuite déposée en couche mince sur leur support.

"Grâce à cette technique, nous pouvons créer à grande échelle des couches de MoS2 d'un atome d'épaisseur, à chaque fois, ce qui permet de produire tout autant des films épais de deux, trois ou quatre atomes."

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Le contrôle d’un atome à 20nm près

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- Le contrôle d'un atome à 20nm près

Les "piège à ions de Paul" permettent d'enfermer un atome dans un champ électromagnétique (...) Les physiciens ont réussi à ajuster la fréquence radio de manière à ce qu'elle soit en phase avec le mouvement de l'atome. Le système présenté a vocation de synchroniser le mouvement de deux atomes, même très éloignés.

Mais cette étude met surtout en avant la possibilité pour la première fois de suivre en continu la position d'un atome, avec un domaine d'incertitude de 20 nm. A partir de cette information, la vitesse est mesurée par moyen optique.

On pourrait donc avoir la position et la vitesse d'un atome en contradiction avec le principe d'incertitude d’Heisenberg ? Ou 20nm serait la limite entre monde quantique et classique ?

D'autres ont visualisé une réaction chimique :

A rapprocher du fait que l'on peut visualiser un parcours "classique" d'électron autour du noyau à condition de l'éloigner à grande distance du noyau (atome de Rydberg).

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Des microfleurs artificielles

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- Des microfleurs artificielles

Ce qui est extraordinaire dans ces fleurs artificielles, c'est le degré de maîtrise et de reproductabilité où l'on peut arriver à cette échelle qui n'est certes pas celle des nanotechnologies mais s'en approche. Le but était surtout de montrer comment des structures complexes semblables à celles qui composent les coquilles de mollusques peuvent se former en fonction des variations de la température, du pH ou du CO2.

Ces structures sont générées à partir d’eau mélangée avec des sels de baryums et du silicate de sodium. La solution est ensuite déposée sur une plaque métallique disposée à l’intérieur d’un bécher refermé par un couvercle. Dans cet environnement clos, ce n’est pas la lumière qui fait croître les fleurs microscopiques, mais le gaz carbonique que le chercheur diffuse et régule de façon rigoureuse. Il en maîtrise ainsi la croissance jusqu’à pouvoir en sculpter la forme.

L’expérience permet d’obtenir une infinité de structures aux formes différentes, d’une taille qui ne se compte pas en millimètres, mais en microns (1 millimètre = 1 000 microns). Outre leur aspect esthétique remarquable, ces travaux laissent entrevoir de nombreuses applications potentielles, notamment en optique et en ingénierie.

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Pour montrer sa maîtrise IBM fait une animation avec des atomes

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- Pour montrer sa maîtrise IBM fait une animation avec des atomes

L'animation image par image n'a pas d'intérêt sinon de montrer la capacité de positionner avec précisions des atomes grâce à un microscope à effet tunnel. L'objectif est à terme d'obtenir des mémoires atomiques (au niveau de l'atome) et ce qu'on peut trouver étonnant par rapport à ce qu'on pouvait imaginer avant, c'est le peu d'incidence des fluctuations quantiques à ce niveau, cette stabilité étant une condition des nanotechnologies en général et qui avait été contestée par le prix Nobel de physique 1998 Robert B. Laughlin parlant même du bluff des nanobabioles.

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Une peinture solaire au graphène qui change de couleur

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- Une peinture solaire au graphène qui change de couleur

Graphene paint could power homes of the future - Telegraph

Du graphène associé à de fines couches d'autres matériaux (dichalcogénures) et pouvant s'appliquer comme une peinture sur les murs des bâtiments aurait des capacités photovoltaïques similaires aux autres systèmes tout en pouvant changer de couleur à la demande.

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Vers la transmission de champs magnétiques

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- Vers la transmission de champs magnétiques

Les champs magnétiques diminuent très rapidement avec la distance à la différence des champs électromagnétiques qui se transmettent très facilement eux. Grâce à des métamatériaux manipulant les ondes à un niveau nanométrique, on pourrait désormais transmettre le champ magnétique dans des nano-tuyaux. Les tests ont été faits avec un alliage supraconducteur ferromagnétique (de cobalt et de fer) de 7 cm de long.

Un tube composé de 20 anneaux concentriques et dix fois plus long que large, devrait transmettre 90% d'un champ magnétique d'une extrémité à l'autre. Un tube de seulement 2 anneaux concentriques devrait en transmettre déjà 75%.

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