Aujourd’hui, de nouveaux champs d’application des nanosciences sont explorés à l’institut FEMTO-ST dans le département micro-nano-sciences et systèmes (MN2S), localisé au sein de la plateforme SURFACE, dont le responsable scientifique est Frank Palmino.
Dès 1993, les chercheurs disposent d’un premier microscope à effet tunnel ou STM (scanning tunneling microscopy) (puis d’un second vers 2008) et, en 1996, d’un microscope à force atomique ou AFM (atomic force microscopy). Spécialisé en microscopie de champ proche, l’activité de ce dernier consiste à observer la matière à l’échelle atomique ou moléculaire et à mieux comprendre ses propriétés physiques et chimiques.
En 2021-2022, la plateforme SURFACE de FEMTO-ST franchit une nouvelle étape décisive dans l’observation du monde de l’infiniment petit à l’échelle de l’atome en acquérant un microscope à effet tunnel offrant cette fois la possibilité de travailler sous ultra-haut vide (représentant une pression cent mille milliards de fois plus faible que la pression atmosphérique) et à très basse température (-264 °C). Ce type de microscope très particulier, qui utilise des phénomènes quantiques comme l’effet tunnel, ouvre des champs d’observation et de compréhension des propriétés d’objets uniques (atome et molécule) à l’échelle sub-nanométrique (de l’ordre d’un milliardième de mètre). Cet outil de très haute technologie requiert des conditions très strictes pour s’affranchir de phénomènes parasites, électriques et mécaniques, qui pourraient perturber les mesures. Il est inauguré le 28 juin 2023.
Ce microscope à effet tunnel permet de développer des recherches dans le champ des nanosciences et des nanotechnologies à forts impacts sociétaux, comme de nouveaux catalyseurs pour la valorisation du CO2, les capteurs environnementaux pour la détection de polluants dans les nappes phréatiques, ou encore les nouveaux dispositifs pour l’électronique du futur. Un tel outil de très haute technologie requiert des conditions très strictes pour s’affranchir de phénomènes parasites qui pourraient perturber les mesures.
Unique à l’échelle de la région BFC[1], ce microscope a été financé par la région Bourgogne Franche-Comté, l’Agence nationale de la recherche (ANR), le CNRS, l’université de Franche-Comté, et Pays de Montbéliard agglomération, pour un montant total de 607 000 euros. Le choix du modèle de microscope a été guidé par ses performances techniques, mais aussi par la ferme volonté des chercheurs de limiter l’impact carbone de leurs travaux. Il possède un système complet pour recycler les fluides cryogéniques, sans consommer d’eau.
Cet équipement exceptionnel bénéficie également à la recherche appliquée. Frank Palmino et son équipe accompagnent par leur expertise les industriels dans des recherches applicatives, permettant à des entreprises de disposer de ces capacités d’innovation nécessaires, comme c’est le cas, par exemple, dans leur collaboration partenariale avec le groupe Total[2],ou avec Cristel[3].
