Une fois n'est pas coutume ! Pour cette livraison de mai 2008 de notre BE, nous avons choisi d'ouvrir notre éditorial au Dr Christian Joachim. Directeur de recherche au CNRS, le Dr Christian Joachim appartient au Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CNRS/CEMES, UP 8011). Il est engagé dans une collaboration originale avec l'institut de recherche et d'ingénierie des matériaux (IMRE), l'institut de calculs à haute performance (IHPC) de l'Agence de recherche singapourienne A*STAR ainsi qu'avec le département de génie chimique de l'Université Nationale de Singapour (NUS). En association avec la France, sa mission consiste à inscrire Singapour sur la carte mondiale de la manipulation et des technologies atomiques, aux côtés de l'Allemagne, du Japon, des Etats-Unis et de la France. Christian Joachim nous explique ici les enjeux de la seconde phase de son projet, qui est associée à des budgets importants consentis par A*STAR.
A. Mynard, attaché de coopération scientifique et universitaire, 12 mai 2008
On a coutume de considérer la miniaturisation des composants électroniques et de certains dispositifs mécaniques comme devant durer presque indéfiniment : les petits transistors de nos microprocesseurs du commerce ne feront bientôt plus que 45 nm de large et il y en aura des milliards sur une même puce. Mais, dans une vingtaine d'années et à force de réduire encore leurs dimensions, les ingénieurs n'auront plus le droit à beaucoup d'atomes pour fabriquer un dispositif électronique. D'où l'idée récente de partir à l'envers, c'est-à-dire des atomes eux-mêmes, pour déterminer quel est le nombre nécessaire au dispositif électronique ou mécanique pour qu'il fonctionne. Un calculateur doit en effet pouvoir produire un résultat juste, peu importe s'il faut 10 atomes ou des centaines de milliards pour le matérialiser avec un petit morceau de matière.
La collaboration engagée entre l'agence A*STAR et le Dr Christian Joachim en vue de créer un pôle de recherche sur la manipulation et les technologies atomiques à Singapour est appelée à se poursuivre et se renforcer au cours des trois prochaines années. Dans la première phase du projet "Atom Technology" (2005-2008), l'écriture atomique a été implantée à IMRE. Progressivement, la manipulation de molécules une par une, puis l'étude de mécanique moléculaire à une seule molécule ainsi que le début de la conception de circuits électroniques d'un atome de large et de porte logique intégrées dans une seule molécule ont été abordés avec les équipes de recherche de IHPC et de NUS.
La seconde phase du projet "Atom Technology : Interconnects & Molecule Logic Gate" (2008-2011) est plus ambitieuse. Elle consiste à s'engager dans la création d'une véritable technologie planaire à l'échelle atomique qui permettra de fabriquer les premiers circuits électroniques dans une seule molécule. D'où la construction sur-mesure d'une "Interconnection Machine" à l'IMRE afin de pouvoir mesurer les performances d'un circuit électronique puis d'un petit calculateur embarqué à l'intérieur d'une seule molécule. Les premiers prototypes d'"Interconnection Machine" (encore appelée micro-salles blanches) sont en cours de construction dans un petit nombre de laboratoires dans le monde comme au NIMS dans le cadre du projet MANA au Japon ou dans le groupe Nanoscience de C. Joachim au CEMES-CNRS. Il s'agit d'intégrer dans une même enceinte ultravide tous les moyens de préparation d'une surface avec une précision atomique, de manipulation d'atome et de molécule à l'unité avec une précision supérieure à 0,05 nm, de caractérisation et de nano-communication avec une seule molécule. L'emballage nanoscopique, ou nano-packaging, est en effet une préoccupation permanente des constructeurs de ces premières micro-salles.
La seconde phase du projet A*STAR "Atom Technology : Interconnects & Molecule Logic Gate" comprend également un large volet lié à la conception de molécule-machines. Il s'agit d'outils de simulation numériques à la limite de la puissance actuelle des calculateurs pour modéliser la molécule-machine avec ses moyens de nano-communications et la description du milieu où elle doit fonctionner. Avec ses équipes d'IHPC et de NUS, C. Joachim cherche à reproduire sur ordinateur le fonctionnement d'une unité de calcul arithmétique et logique intégrée dans une seule molécule décrite avec tous ses atomes nécessaires.
La technologie atomique propose de construire nos machines atome par atome, avec juste le nombre d'atomes nécessaire à leur fonctionnement. Il y a ici un fantastique intérêt pratique donc économique à dépasser les limites de la miniaturisation en déterminant la quantité de matière juste nécessaire à la fabrication d'une machine puis, un jour, en recyclant ces machines atome par atome. Les applications concernent aussi le secteur médical. Il nous reste par exemple à découvrir de nouvelles manières de soigner au plus prêt les événements moléculaires des maladies, la où nos futures petites micro-machines n'iront sans doute jamais.
Dr Christian Joachim Directeur de recherche (CEMES, CNRS)
