Des physiciens de l'Université Friedrich Schiller d'Iéna, en collaboration avec des collègues de Düsseldorf, Göteborg, Lyngby et Trieste, ont développé une solution ingénieuse pour séparer les nano-composants liés.

Leur idée est d'immerger les nano-composants dans un solvant proche de son point critique. Dans le montage expérimental, ils ont réussi à séparer les composants de manière contrôlable en modifiant uniquement la température du solvant. Les auteurs présentent leur expérience réussie dans Physique de la nature.

Les composants se séparent au point critique de la solution

« Nous recherchions une solution pour éliminer le frottement statique indésirable des composants individuels d'un système nano-électromécanique (NEMS) frottant les uns contre les autres », explique le Dr Falko Schmidt de l'Institut de physique appliquée de l'Université de Jena. Cette frottement statique est appelée stiction - un composé des termes statique et friction - causée par ce qu'on appelle les forces de Casimir électrodynamiques quantiques.

Ces forces sont le résultat de fluctuations et provoquent inévitablement le collage des composants. Les chercheurs ont développé une méthode pour inverser cet effet en immergeant les composants dans une solution critique - un mélange d'eau et d'huile - dans laquelle des fluctuations se produisent également. La force de ces fluctuations peut être contrôlée avec précision en modifiant la température.

"La particularité ici est que nous ne supprimons pas les fluctuations d'origine, mais les remplaçons par d'autres, beaucoup plus fortes", explique Falko Schmidt. L'effet souhaité a été obtenu dans l'expérience à l'aide d'un objectif de microscope chauffant.

Les chercheurs ont pu maintenir un nanoflake d'or au-dessus d'un substrat métallique structuré. Normalement, le flocon d'or collerait au substrat.

Lorsque le liquide environnant approche du point critique - la plage de températures dans laquelle l'eau et l'huile se séparent - les fluctuations sont si fortes que la friction est évitée. Le groupe de recherche conclut que cela pourrait être si efficace que les composants collés pourraient être séparés et rendus à nouveau mobiles.

Un long chemin pour résoudre un problème évident

Le Dr Falko Schmidt a mené les expériences alors qu'il était encore à l'Université de Göteborg, où il a également développé de nouvelles méthodes expérimentales qui ont finalement abouti au succès. «Nous avons rapidement eu l'idée de ce projet, car ce problème était clairement évident dans la nano-fabrication», explique Schmidt. Cependant, le chemin vers la solution a été long. C'est l'approche consistant à dominer l'effet Casimir critique avec l'effet Casimir électrodynamique quantique qui a finalement prévalu.

L'objectif est d'appliquer l'idée de libérer les systèmes micro et nanoélectromécaniques des blocages dus aux frottement à l'avenir, permettant ainsi de développer davantage de nouveaux nano-composants fonctionnels efficaces.