Axe C - Fabrication et synthèse de nouveaux objets d'études
De ces travaux, sont issus de nombreux composants modernes tels que les transistors à gaz bidimensionnels, les lasers et détecteurs à puits quantiques, les lasers à cascades quantiques, et dans cette dernière décennie des composants magnétiques à contrôle du spin. A cet égard, on notera le rôle essentiel et durable, reconnu au niveau international de certains laboratoires du périmètre du réseau : TRT, UMR CNRS/Thales, LPN, IEF.
Le champ des recherches s'est de nouveau élargi par l'introduction de technologies issues de la microélectronique, qui permettent aujourd'hui de structurer ces objets complexes que sont les fils, puits, piliers et boîtes quantiques. Bien souvent, des effets originaux ont ainsi été découverts et étudiés ; ces avancées reposent clairement sur l'évolution des technologies de fabrication et sur l'implication des physiciens dans celles-ci. L'accès aux techniques et outils de fabrication et de synthèse les plus performants, est donc nécessaire pour disposer de nouveaux objets d'étude aux propriétés originales, potentiellement porteurs de développements industriels. L'importance et la complémentarité des moyens à mettre en œuvre pour réaliser ce type d'études supposent une incontestable concentration de moyens et de compétences.
En ce sens, l'existence de plates-formes technologiques supérieurement équipées en plusieurs sites du Triangle, à savoir au LPN Marcoussis, MINERVE à l'IEF Orsay, sur le campus X-IOTA-Thales, constitue une force évidente. Les deux premières appartiennent au réseau national de grandes centrales de technologie pour la Recherche Technologique de Base (RTB), destiné à fournir les technologies nécessaires à la réalisation des projets de recherche des laboratoires dans le domaine des micro-nanotechnologies et des nanosciences. Le LPN se spécialise sur les technologies de nanostructures semi-conductrices, principalement d'hétérostuctures de semi-conducteurs III-V et de leur structuration. MINERVE affiche des filières spécifiques en nanomagnétisme et électronique de spin, en nano-optique et en microsytèmes. Enfin, la plate-forme X-IOGS-Thales regroupe un ensemble de moyens conséquent de technologie microélectronique et d'outils analytiques. Elle couvre les domaines des semiconducteurs (III/V, Si), des métaux, des matériaux organiques, et dispose de la technologie LIGA. Elle dispose par ailleurs d'une salle de formation pour les étudiants. Dans la mesure où l'accent est désormais mis dans bien des cas, sur l'étude des propriétés physiques d'objets individuels, toutes les possibilités offertes par les nouveaux outils de lithographie et d'usinage ionique pour réaliser les contacts, jonctions et connexions requis, leur intégration dans des architectures plus vastes, constituent un atout précieux pour toutes les mesures de transport, de magnétisme sur des objets mésoscopiques ou nanométriques (nanotubes de carbone, par exemple). La combinaison de ces outils de fabrication avec les moyens nécessaires en caractérisation fine, pouvant aller jusqu'aux limites ultimes accessibles avec le futur SuperSTEM du LPS Orsay (autre composante du projet MINERVE de l'UPS), en font une force évidente pour proposer des projets de recherche ambitieux et originaux.
Cette approche "top-down", ne constitue en fait qu'une des possibilités offertes pour créer des nanostructures. Une autre approche de type "bottom-up", particulièrement attractive quand on désire travailler sur des ensembles d'objets auto-organisés, consiste à nucléer et à faire croître les objets à partir des atomes ou molécules constitutifs. Un développement particulièrement rapide de ces techniques peut être constaté dans les pays scientifiques émergents (Chine, Corée, mais aussi au Japon..). Dans ce domaine, les compétences sont nombreuses et complémentaires sur le Triangle. Dans l'approche "bottom-up" physique, on crée des agrégats préformés de quelques dizaines ou centaines d'atomes et on les dépose de façon contrôlée sur une surface. Le LAC à Orsay s'est imposé depuis plusieurs années comme un centre leader international de cette technique, qui offre des possibilités originales de contrôle de la taille, densité et forme des nano-objets. D'autres voies, dites thermodynamiques, ont été explorées sur le Campus : elles sont mises en œuvre dans les techniques d'épitaxies, MBE ou autres, et ont permis de réaliser des réseaux de boites quantiques (LPN, IEF) ou d'agrégats métalliques (UMR CNRS/Thales). Une approche très efficace fait appel aux méthodes de chimie douce, bien maîtrisées en particulier au CEA Saclay. La méthode de "croissance en matrice" pratiquée au LSI (Ecole Polytechnique/CEA) a permis de réaliser simplement une grande variété de systèmes différents - nanofils magnétiques, semiconducteurs, nanotubes de carbone... , d' étudier ainsi les mécanismes de transport dans un objet « 1D » unique, et d'illustrer le caractère universel des lois qui le régissent. Une nano-chimie, qui utilise des fluides organisés, des copolymères chargés, des molécules cages, permet l'obtention de nanomatériaux aux propriétés originales. Dans tous les cas, une meilleure compréhension des mécanismes de croissance en phase liquide ou gazeuse et de diffusion sur les surfaces et membranes support, aide grandement à faire évoluer ces compétences diversifiées vers une véritable ingénierie de la nucléation et de la croissance de structures aux propriétés ciblées.