ARAGO 26  NANOCOMPOSANTS ET NANOMACHINES

Rapport de synthèse du Groupe « Nanocomposants et nanomachines » de l’Observatoire Français des Techniques Avancées (Juin 2001)

Les nanosciences et les nanotechnologies sont maintenant reconnues par les grandes firmes des industries pharmaceutiques, spatiales et électroniques comme domaines d’importance stratégique et commencent à être prises en compte dans les programmes de recherche des institutions gouvernementales.

Par-delà ce constat, le groupe de travail « Nanocomposants et nanomachines » de l’Observatoire Français des Techniques Avancées (OFTA) a procédé à un examen approfondi des conséquences technologiques et industrielles à long terme de la révolution scientifique que constituent l’accès physique (mécanique, électrique, magnétique) à un seul et même nano-objet, ainsi que son contrôle, notamment par la réalisation de nanomachines (pour le calcul, les mémoires, les mouvements, l’assemblage, le tri et la communication).

Ce livre est le rapport de synthèse du groupe de travail « Nanocomposants et nanomachines » de l’Observatoire Français des Techniques Avancées.

Il offre un état de l’art approfondi du domaine et décrit les perspectives scientifiques et technologiques, notamment en nanoélectronique et en nanobiologie et nanomédecine.

Il présente un ensemble de recommandations et propositions visant à assurer l’impact futur des nanocomposants et nanomachines sur notre développement technologique et industriel.

Coordinateur du Groupe : Christian JOACHIM, Directeur de Recherche au CNRS, CEMES, CNRS, Toulouse

SOMMAIRE

Conclusions et recommandations du Groupe

Argumentaire

I- Introduction : la miniaturisation des machines

II- La miniaturisation top down : l'exemple de la microélectronique

II.1- Les progrès de l'électronique

II.1.1- Pourquoi miniaturiser les puces électroniques ?
II.1.2- Les lois d’échelle en microélectronique
II.1.3- La demande en machines électroniques miniatures
II.1.4- Les évolutions attendues de la microélectronique

II.2- Les limites à la miniaturisation des transistors en technologie CMOS

II.2.1- Les dispositifs actifs
II.2.2- Les interconnexions
II.2.3- La conception des circuits intégrés
II.2.4- Les acquis de la production

II.3- La miniaturisation top down post-CMOS

II.3.1- La physique mésoscopique
II.3.2- Un effet d’interférence électronique : l’effet Aharonov-Bohm
II.3.3- Le transistor à blocage de Coulomb
II.3.4- L’électronique de spin

II.4- Un premier constat

Références

III- La miniaturisation bottom up : Les premiers nanocomposants moléculaires

III.1- Les méthodes de manipulation de la matière en laboratoire

III.1.1- Fabrication et synthèse
III.1.2- La mise en forme des nanodispositifs en laboratoire

III.2- Exemples de nanocomposants moléculaires qui fonctionnent

III.2.1- Les nanoexpériences scientifiques
III.2.2- L'électronique moléculaire hybride
III.2.3- La mécanique moléculaire hybride
III.2.4- Les transducteurs moléculaires
Références

IV- Les ressources des comportements quantiques ?

IV.1- Les spécificités des comportements quantiques

IV.2- L'ingénierie quantique

IV.2.1- La préparation d’une dynamique quantique
IV.2.2- Mesurer, détecter, extraire un résultat ou une action

IV.3- L'information quantique

IV.3.1- L’expérience du mirage quantique
IV.3.2- Les machines impossibles en manipulation de l’information quantique
IV.3.3- La téléportation

IV.4- Les calculateurs quantiques

IV.4.1- La définition d’un qbit
IV.4.2- Les portes logiques quantiques
IV.4.3- Quelques démonstrations de calculateurs quantiques
IV.4.4- La miniaturisation du calculateur quantique

IV.5- Le contrôle d’un déplacement mécanique

IV.6- Conclusion

Références

V- Du nanocomposant à la nanomachine : fabrication, architecture, et production

V.1- Vers des techniques de fabrication en grand nombre

V.1.1- L’approche top down
V.1.2- L’approche bottom up

V.2- Conception et architecture

V.2.1- Un exemple d’architecture classique : un processeur utilisant des transistors à molécule de C60
V.2.2- Le bactériophage : une mésomachine protéique autoassemblée
V.2.3- Architecture et tolérance aux défauts

V.3- Interconnexions et communication

V.4- En route vers les nanomachines

V.5- Conclusion

Références

VI- Deux exemples de domaine d'applications

VI.1- Les applications spatiales

VI.1.1- La miniaturisation dans les applications spatiales
VI.1.2- La limite actuelle des technologies utilisées
VI.1.3- Perspectives et initiatives dans le domaine des nanotechnologies
VI.1.4- Les recommandations pour le domaine spatial

VI.2- Les applications en nanomédecine

VI.2.1- L’information en biologie
VI.2.2- La nanomédecine
VI.2.3- Les évènements moléculaires intercellulaires en ligne
VI.2.4- Les évènements moléculaires intracellulaires en ligne

VI.3- Conclusion

Références

ARAGO 26 (163 pages) peut être acheté directement à l’OFTA au prix de 70 € TTC, frais d’envoi compris pour la France. Pour les autres pays, le montant supplémentaire des frais d’envoi sera communiqué sur demande. La commande doit être accompagnée du paiement à l'ordre de l'Amicale AX, en cas d’achat à titre personnel ou d’un bon de commande de l’organisme prenant l’achat à sa charge.