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IBM produit la première vidéo atomique

Plan du film "Un garçon et son atome" produit par IBM - Image: IBM Research

Plan du film "Un garçon et son atome" produit par IBM - Image: IBM Research

C’est moins impressionnant que l’entrée d’un train en gare de La Ciotat ou que les premiers films d’animation en 3D comme Toy Story. Et le producteur, IBM, n’est pas annoncé sur la croisette lors du prochain festival de Cannes… Pourtant, chaque point des 242 plans de ce petit film n’est autre qu’un atome. Une première plutôt réussie, dans ce genre inédit. L’objectif de ce clip, qui ne dure qu’une minute, est moins artistique que technologique. Il s’agit de démontrer qu’IBM est capable de manipuler les atomes individuellement à volonté. De quoi révolutionner le domaine des mémoires électroniques.

Big Blue a une longue expérience dans ce domaine. Dès 1990, l’entreprise nous avait impressionnés en dessinant son logo avec des atomes. A l’époque, elle utilisait déjà la microscopie à effet tunnel inventée quelques années auparavant, en 1982, par Gerd Binning et Heinrich Rohrer, chercheurs au laboratoire IBM de Zurich. Tous deux obtiendront le prix Nobel de physique en 1986, avec Ernst Ruska, pour la conception de cet instrument. Gerd Binning avait alors moins de trente ans… Dans la foulée, il a inventé le microscope à force atomique permettant de visualiser la topographie de la surface d’un échantillon.

Electrons libres

L’idée géniale de la microscopie à effet tunnel est de s’affranchir des problèmes optiques. Elle exploite une propriété, l’effet tunnel, directement issue de la mécanique quantique et de l’une de ses caractéristiques les plus mystérieuses, la fonction d’onde d’un système physique. Le microscope à effet tunnel fait appel à ce phénomène pour faire passer un courant électrique entre la pointe de l’instrument et la surface métallique observée. Le passage d’électrons entre les deux est possible grâce aux électrons libres situés à la surface de l’échantillon en métal.

Pour que cela fonctionne, il faut que la distance entre la pointe ultrafine et la surface soit extrêmement faible, de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres, voire jusqu’à un nanomètre comme l’indique IBM dans son communiqué. Le courant électrique qui s’établit est directement lié à cette distance. En la maintenant constante lors d'uu balayage de la surface, le microscope enregistre des variations de hauteur qui reproduisent le profil de la surface… à l’échelle de ses atomes. Ceci avec une précision inférieure à la distance qui sépare les atomes. De quoi reconstruire ensuite l’image des atomes de la surface à cette échelle.

100 millions de fois plus gros

Le résultat est une amplification de la taille des atomes de 100 millions de fois. Pour y parvenir, pas question d’utiliser un coin de table. Le microscope d’IBM pèse deux tonnes et travaille à la température de -268°C (proche du zéro absolu, -273,15°C) dans une atmophère très contrôlée (vide ou gaz inerte). Son fonctionnement pose de nombreux problèmes comme les vibrations ou l’oxydation. Le système d’IBM, au-delà de la simple observation, peut déplacer les atomes et les molécules. La pointe les attire et peut ensuite les positionner à volonté.

Tous les films du monde sur un ongle

Au-delà de l’exploit technologique et, désormais, cinématographique, le travail d’IBM vise un objectif plus prosaïque. Il s’agit en effet d’explorer les possibilités de stockage de l’information à l’échelle nanométrique. Les chercheurs qui ont réalisé le clip ont également réussi à produire le plus petit bit magnétique au monde. Ils ont ainsi réussi à stocker un bit d’information magnétique à l’aide d’un minimum d’atomes, c'est-à-dire 12. Une performance si l’on compare avec la quantité d’atomes utilisée pour réaliser le même stockage dans les mémoires électroniques actuelles qui est de l’ordre d’un million.  

S’ils parviennent à commercialiser leur mémoire atomique, elle pourrait stocker tous les films déjà réalisés sur Terre depuis celui de l’entrée en gare du train à La Ciotat par les frères Lumière en 1895… sur une puce de la taille d’un ongle. En attendant, les chercheurs d’IBM nous proposent d’écouter le bruit des atomes lorsqu’on les déplace.

M.A.

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