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Dynamic electromechanical control of semiconductor nanostructures by acoustic fields

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Un nouveau réseau de formation fait des ondes avec de petites secousses sur les puces

Les «nanoquakes» peuvent être générées sur des puces fabriquées avec la technologie des semi-conducteurs lorsque des matériaux piézo-électriques sont utilisés: une tension électrique alternative fait bouger les choses. Un réseau de formation innovant utilise les nanoquakes pour de nouvelles applications dans des domaines allant des nanotechnologies quantiques à la microchimie.

Technologies industrielles

À la fin du XIXe siècle, le physicien et lauréat du prix Nobel Lord Rayleigh a prédit l’existence d’un type d’onde spécial. Roulant sur la surface élastique de la terre, les ondes de Rayleigh sont responsables de la puissance d’un tremblement de terre. Réduisez-les à l’échelle nanométrique, mettez-les sur une puce et vous obtenez les ondes acoustiques de surface (OAS, ou SAW en anglais) dont on parle aujourd’hui. Avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet SAWTrain a créé un nouveau réseau de formation visant à contrôler les nanostructures des semi-conducteurs avec des OAS. L’équipe a cherché à altérer les propriétés électriques et optiques avec des nanoquakes pour créer de nouvelles fonctionnalités.

De minuscules ondes acoustiques avec un impact incroyable

Le coordinateur du projet Hubert Krenner et son équipe ont ciblé des applications de la nouvelle génération dans les technologies de l’information tout en créant de tout nouveaux domaines d’application. Selon M. Krenner, «la principale application des OAS est le traitement des signaux à des fréquences de l’ordre du gigahertz (GHz). Aujourd’hui, toutes les communications sans fil fonctionnent à ces fréquences. Une autre application importante est la microfluidique, qui consiste à traiter d’infimes quantités de liquides sur une puce. Dans ces laboratoires sur puces de la taille d’un ongle, les nanoquakes sont utilisés pour actionner et mélanger de minuscules gouttelettes afin d’accélérer considérablement les tests médicaux.» L’équipe s’est concentrée sur l’utilisation des OAS dans les nanotechnologies quantiques, les nanosystèmes optiques et les capteurs avec une sensibilité sans précédent ou pour accélérer les réactions chimiques.

Les nanoquakes font vraiment bouger les choses

SAWTrain s’est révélé être une entreprise scientifique très fructueuse. Les chercheurs en début de carrière (CDC) ont publié leur travaux dans de nombreuses revues avec un facteur d’impact élevé comme Nature Physics, Physical Review X et Nature Communications. En outre, deux articles portant sur de nouvelles découvertes importantes ont été publiés dans les Applied Physics Letters et le Journal of Physics D. SAWTrain a été l’élément moteur du numéro spécial consacré aux ondes acoustiques de surface dans les nanosystèmes des semi-conducteurs dans le prestigieux Journal of Physics D: Applied Physics. Le coordinateur de SAWTrain Hubert Krenner et les PI Paulo Santos et Mauricio de Lima y ont fait office d’éditeurs invités. M. Krenner explique avec enthousiasme, «neuf des 25 contributions ont été cosignées par des CDC de SAWTrain. SAWTrain est devenu un «nom de marque» pour les OAS en Europe et, avec nos étudiants et nos estimés collègues du monde entier, nous avons développé des visions de la manière dont notre domaine pourrait évoluer. Celles-ci sont compilées dans la feuille de route 2019 consacrée aux OAS

Un impact au-delà des contributions scientifiques

Les CDC ont pris les devants à bien des égards. «Les boursiers eux-mêmes ont fait un travail fantastique d’organisation d’événements de réseautage et de formation, eux seuls. En raison de cette réussite, nous avons doublé le budget pour soutenir ces activités uniques qui développent des compétences pratiques et théoriques transférables importantes pour la suite de leur carrière», explique M. Krenner. SAWTrain a également mis en œuvre une vaste campagne de sensibilisation et de diffusion, en grande partie en association avec le Deutsches Museum de Munich, l’un des plus grands musées scientifiques et technologiques au monde. Par exemple, l’équipe a développé et construit un démonstrateur pour mettre la technologie OAS à portée du public lors des journées de présentation et des festivals des sciences tels que la Nuit européenne des chercheurs 2018. Le premier diplômé de SAWTrain a terminé son doctorat avec la plus grande distinction en février 2019 et a déjà reçu une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie Action (MCSA) en tant que post-doctorant afin de poursuivre ses recherches. Il est très probable que le projet SAWTrain n’ait pas encore provoqué ses plus grands bouleversements et qu’il n’ait donné qu’un avant-goût des événements et des impacts à venir.

Mots‑clés

SAWTrain, ondes acoustiques de surface (OAS), nanoquakes, ondes, semi-conducteur, formation, nanosystèmes, quantique, nanotechnologies, capteurs, microfluidique, laboratoire-sur-puce

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