Groupe de travail "Instrumentation" : instruments de mesures spécifiques aux nanotechnologies

L’instrumentation et les techniques de mesures à l’échelle du nanomètre jouent un rôle crucial dans le domaine de la recherche fondamentale en permettant d’accroître les connaissances sur les propriétés intimes des nanomatériaux. La nanométrologie suscite aussi un intérêt croissant dans le monde industriel qui attend des outils précis pour un meilleur contrôle des processus de fabrication et une amélioration des systèmes qualités.

Motivations du groupe de travail :

Le groupe de travail Instrumentation du Club Nanométrologie s’attache à stimuler les échanges entre les partenaires industriels et académiques autour de la problématique de l’instrumentation dédiée à la pratique de la nanométrologie. Dans ce domaine, le groupe de travail permet de promouvoir les développements techniques ou les applications innovantes et de faire émerger les besoins nationaux en termes de développement d’instrumentation.
 
En effet, l’essor des nanosciences et des nanotechnologies nécessite de se doter d’outils capables de caractériser des nanomatériaux ou des nanodispositifs à des échelles nanométriques. Ils engendrent de nouveaux besoins associés, par exemple, à la détection de nanoparticules ou à la mesure des propriétés de nano-objets (structurales, morphologiques, physiques, chimiques, ….). L’instrumentation au sens nano est donc celle capable de rendre compte du comportement individuel par rapport aux phénomènes collectifs. Les sondes locales à balayages (STM, AFM, MFM, SNOM, …), la microscopie électronique et les sondes qui s’en inspirent (SEM, TEM, PEEM, …) occupent une position centrale pour obtenir une cartographie des propriétés physico-chimiques et sonder les propriétés spectroscopiques de la matière aux échelles nanométriques. A côté des sondes existantes, l’apparition d’objets de dimensions nanométriques nécessite le développement d’instruments basés sur de nouveaux concepts ou d’une instrumentation multi-technique adaptée au monde des « nanos » (microscopie électronique en transmission/spectroscopie de pertes d’énergie, spectroscopie tunnel polarisée en spin et à nano-sonde de Hall, AFM/ MEB/ cathodoluminescence, …).
 
Les grands instruments (rayonnement synchrotron et neutrons) jouent également un rôle important dans le domaine des nanosciences. Ils sont sans équivalents pour fournir des informations sur les nanomatériaux concernant leur structure, leurs propriétés chimiques, magnétiques ou électroniques grâce à l’utilisation des techniques de diffraction ou de microscopie (microscopies des RX à balayage ou de photoélectrons).
 
Certaines des sondes précitées sont accessibles commercialement. D’autres font l’objet d’intenses recherches au sein des laboratoires appartenant aux domaines académique et métrologique associés au CNano ou au sein de laboratoires de recherche industriels. Quelques soient leurs origines, ces outils de caractérisations spécifiques aux nanosciences sont généralement développés de façon locale au sein de petites équipes.
 
Par ailleurs il existe actuellement peu d’étalons de mesures adaptés au monde des « nanos ». Pour que les mesures soient traçables, donc comparables, et que leurs exactitudes soient en adéquation avec les besoins de l’industrie, une démarche métrologique s’impose au niveau national dans le domaine des nanosciences. Même si ces points précis (traçabilité, étalon, étalonnage) sont abordés au sein du groupe de travail « traçabilité des mesures à l’échelle nanométrique », les moyens pour rendre traçable un instrument peuvent être envisagés dès sa conception. Un chantier d’une telle ampleur ne pourra progresser rapidement que si les divers interlocuteurs impliqués dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies communiquent activement au sein d’une même structure sur les problèmes et les solutions existantes ou à découvrir. La création du groupe Instrumentation du club nanométrologie vise à répondre à ce besoin.

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