Des chercheurs du CEA/Saclay et du CNRS ont fabriqué et utilisé, pour la première fois, une surface nanostructurée capable de réguler les déplacements de molécules individuelles en fonction de leur taille ou leur forme. Grâce à un microscope à effet tunnel (STM), ils ont pu observer en temps réel le mouvement des molécules individuelles à la surface de ce tamis moléculaire. Le contrôle simultané des mouvements individuels d'un grand nombre de molécules constitue l'un des enjeux des nanotechnologies. Les résultats de ces travaux sont protégés par un brevet. Ils ont été publiés dans la revue Nanoletters du 12 juillet 2006.

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    Le tamis moléculaire est réalisé sur une surface de graphite, à partir de molécules (des dérivés de tristilbènes) capables de s'auto-organiser en un réseau régulier en nid d'abeille comportant des alvéoles de taille nanométrique. Le tamis est mis en présence d'une solution contenant les molécules dont on veut contrôler les déplacements. Les cavités du tamis captent alors ces molécules "invitées". Les plus grosses d'entre-elles sont immobilisées au cœur des cavités du tamis, tandis que les plus petites diffusent plus rapidement, de cavité en cavité, en raison de l'agitation moléculaire.

    Ces phénomènes ont été observés in situ sur la surface nanostructurée. Les 4 images ci-dessous, enregistrées successivement en microscopie à effet tunneleffet tunnel à haute cadence (1 image toutes les 2 secondes), montrent la diffusiondiffusion de molécules (des coronènes, en vert) entre les nano-pores d'un réseau auto-organisé en nid d'abeille.

    Nano-pores d'un réseau auto-organisé en nid d'abeille. Crédits CEA

    Nano-pores d'un réseau auto-organisé en nid d'abeille. Crédits CEA

    En jouant sur la nature des molécules qui vont former le tamis moléculaire, on peut adapter la taille des pores à celle des molécules que l'on souhaite immobiliser ou faire bouger. On réalise ainsi des nanostructures capables de trier les différentes molécules et d'en contrôler les mouvementsmouvements. Cette technique ouvre une voie unique pour le contrôle du transport d'objets nanométriques.