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Mohamed Chaker et la nanofabrication

Le plus petit crayon du monde
4 avril 2011 // par Anne-Marie Simard

Don Quichotte est une des œuvres les plus connues de Picasso. Le fameux chevalier hardi et idéaliste a été fait par lithographie, c’est-à-dire dessiné sur une pierre calcaire, puis imprimé à plat. Mais au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, situé à Varennes, on pratique plutôt la lithographie par faisceau d’électrons. L’appareil utilisé a le crayon plus fin et la main plus sûre que n’importe quel artiste : ses croquis sont 10 000 fois plus petits qu’un cheveu humain.

 

« Si on a un dispositif en tête, on le dessine puis on le fabrique en labo », explique le professeur Mohamed Chaker, directeur du Laboratoire de micro et nanofabrication (LMN), qui a bénéficié d’un investissement de 33 millions de dollars provenant, entre autres, de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI). En fonction depuis 2006, cette installation permet de mettre au point des structures lilliputiennes pouvant servir en microélectronique, en photonique, en biomédecine ou en télécommunications.

 

Sculpter la matière avec un nanoscalpel

Tout y est : graveurs à plasma, évaporateur, rayons laser de toutes sortes et plus encore : « Ici, on a le coffre d’outils complet pour passer du concept à la réalité en une semaine », affirme Boris Le Drogoff, associé de recherche. Ainsi, d’autres créations miniatures devraient pouvoir sortir du laboratoire dans un futur proche : la Chaire de recherche du Canada en plasmas appliqués aux technologies de micro et nanofabrication, dont Mohamed Chaker est titulaire, vient de recevoir 1,7 million de dollars pour les prochains sept ans.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mais la vedette incontestée du laboratoire reste le système de lithographie par faisceau d’électrons. Puisque la moindre vibration pourrait faire dévier la « mine » de son « crayon », l’appareil repose sur une plaque antisismique. La température et la pression sont aussi maintenues constantes, le moindre écart pouvant produire un gribouillis inutilisable. À travers l’épaisse vitre du laboratoire, un scientifique revêtu d’une sorte de scaphandre opère la machine. Boris Le Drogoff précise que « la combinaison ne sert pas à protéger la personne, mais plutôt le labo pour empêcher que des particules de peau ou des cheveux contaminent l’environnement. » L’air est en effet ultrapropre dans cette enceinte appelée « salle blanche » : à l’endroit où se trouve le faisceau d’électrons, on retrouve moins de dix particules de poussière par pied cube… alors que nous en respirons des millions à chaque seconde ! Ce n’est pas un luxe car, comme le souligne Boris, « les composantes qu’on fabrique sont si petites que si une grosse particule tombait dessus, on ne les verrait plus ». Des systèmes de lithographie électronique comme celui du Centre Énergie Matériaux Télécommunications ne courent pas les rues. En Amérique du Nord, en effet, seulement trois sont mis à la disponibilité des chercheurs. Les compagnies et les centres de recherche d’ici et d’ailleurs jouent donc du coude pour avoir le privilège de l’utiliser.

 

Un modèle dynamique et inspirant

La force motrice de toutes ces réalisations, c’est Mohamed Chaker, un hyperactif passionné. Dans les dix dernières années, il a formé une cinquantaine d’étudiants et stagiaires postdoctoraux, publié le double d’articles scientifiques, dirigé le Centre (de 1999 à 2005) et siégé – quand il ne les préside pas – sur une interminable liste de comités scientifiques, dont ceux de NanoQuébec et du Laboratoire international des technologies et des applications des plasmas (LITAP). C’est un très grand motivateur, confie Boris Le Drogoff. Il fait trois shifts dans une même journée. C’est impressionnant ! »

 

Entraîné par cette dynamo, le groupe compte de nombreuses percées scientifiques à son actif. Entre autres, celle d’avoir démontré qu’un nouveau matériau « intelligent », le barium-strontium-titanate (BST), pourrait rendre les téléphones cellulaires plus petits et plus performants. « Un cellulaire peut transmettre et recevoir à la fois la voix, du texte et des images, explique Sébastien Delprat, associé de recherche. Chacun de ces signaux voyage sur une bande de fréquences bien précise. Pour traiter tous ces signaux en même temps, les téléphones actuels utilisent un filtre pour chaque canal. » Or, avec le BST, un seul filtre suffirait, ce qui réduirait la taille et le coût des cellulaires. Tout ça parce que le BST a un talent rare : celui de devenir plus ou moins isolant quand il est plongé dans un champ électrique, ce qui syntonise la micro-antenne avoisinante aux fréquences voulues.

 

En route vers le futur

Autre substance prometteuse à l’essai dans le laboratoire LMN : l’oxyde de vanadium (VO2). Cette fois, c’est sa transparence qui varie selon l’intensité du champ électrique. « On pourrait en faire des fenêtres intelligentes pour les microsatellites », affirme Mohamed Chaker qui, dans ce projet, collabore avec l’entreprise montréalaise MPB Communications et l’Agence spatiale canadienne (ASC). Dans l’espace, la température peut varier de - 150 à + 150 °C en quelques secondes, de brusques variations qui peuvent endommager l’électronique de l’engin : « Cette fenêtre pourrait devenir opaque lorsque le satellite est face au Soleil et transparente ailleurs, ce qui permettrait une meilleure régulation de sa température interne », soutient Mohamed Chaker. Sorte d’interrupteur optique ultrarapide, le VO2 pourrait être très prisé dans les futurs ordinateurs optiques, fonctionnant avec de la lumière plutôt que des électrons.

 

Le potentiel de la nanofabrication emballe Mohamed Chaker : « Dans les prochains vingt ans, nous aurons la possibilité de maîtriser ce nanomonde. Il n’y a pas de limites à l’imagination ! Qui sait ? À partir d’atomes de carbone, on pourra peut-être fabriquer des carottes ou du foie gras ! » ♦

 


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« Mohamed Chaker et la nanofabrication : Le plus petit crayon du monde » de l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Paternité - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modification 2.5 Canada. Les autorisations au-delà du champ de cette licence peuvent être obtenues en contactant la rédaction en chef. © Institut national de la recherche scientifique, 2011 / Tous droits réservés

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