La « maîtrise du ballon de football »…à l’échelle microscopique

En cette période sportive intense où de nombreux supporters espèrent d’excellents résultats, les chercheurs de l’INL travaillent à maîtriser la fabrication d’un ballon à très petite échelle !

Il est bien connu que le ballon de football est un polyèdre dont la surface latérale est un assemblage constitué de 20 hexagones et 12 pentagones. La découverte de cette classe de structures cristallographiques dont le représentant le plus connu est le C60, par Harold Kroto, Robert Curl et Richard Smalley leur valut le prix Nobel de chimie en 1996. Mais alors que pour la molécule de C60 les côtés des hexagones et pentagones représentent les liaisons chimiques entre les atomes de carbone, dans le cas d’un ballon de football, à cause de la pression interne (qui doit se située entre 0.6 et 1.1 bars – au niveau de la mer !) les côtés sont tous des arcs de cercles de longueurs identiques sur l’équateur de la plus petite sphère qui contient le polyèdre. Un tel objet est aussi appelé « objet géodésique » car tous ces côtés sont les courbes « les plus courtes » sur une même sphère.

Pour des raisons liées aux propriétés optiques potentielles de ces objets « creux », les chercheurs de l’INL, s’intéressent depuis plusieurs années à la fabrication à l’échelle micrométrique d’une structure similaire constituée d’un matériau semi-conducteur (cages à photons – ref A. Danescu et al. in Appl. Phys. Lett. 102, 123111 (2013); http://dx.doi.org/10.1063/1.4798835 ). Pour obtenir un tel objet tridimensionnel il suffit de faire croître par épitaxie par jets moléculaires une hétéro-structure plane constituée de multicouches dont on contrôle la composition, l’épaisseur et la contrainte, de dessiner un « masque plan » qui a la forme de l’objet 3D « déplié », de transférer le motif par des procédés de photo-lithogravure et enfin de détacher d’une manière « contrôlée » (par sous-gravure) l’objet. On parle ici de couches d’épaisseur de quelques centaines de nanomètres et d’un objet dont le diamètre final est égal à l’épaisseur d’un cheveu.

Légende :

l’objet tridimensionnel final avec encrage dans la partie inférieure: diamètre 80 microns, épaisseur 400 nm.

Figure 1 : Le principe pour passer d’une couche contrainte 2D à une structure 3D par relaxation des contraintes

Figure 2 : Illustration du design plan


Contacts :

J.-L. Leclercq () et A. Danescu () à l’Institut de Nanotechnologies des Lyon, UMR-5270, Ecole Centrale de Lyon, 69134, Ecully.

INL CNRS
l'objet tridimensionnel final avec encrage dans la partie inférieure: diamètre 80 microns, épaisseur 400 nm.
/* */ //