nitrure de silicium

Le faisceau laser d'une pince optique n'est pas simplement une tache de lumière, c'est un sac de forces. Une particule qui y pénètre roule généralement vers le point le plus lumineux, comme une bille au fond d'un trou.

Personne n'a jamais vu la matière noire, mais elle devrait traverser les détecteurs comme le vent à travers les feuilles. Parfois, très rarement, une particule de matière noire heurte le noyau d'un atome – et le détecteur doit alors capter cette secousse.

On peut faire tourner la lumière sur commande, comme l'eau dans un tuyau — si l'on sait où appuyer. C'est exactement ce que font les circuits électro-optiques : ils changent la direction du faisceau à l'intérieur de la puce à l'aide d'un champ électrique.

La caméra d'un smartphone capte la lumière avec de minuscules capteurs, mais ceux-ci ne distinguent pas les couleurs par eux-mêmes. C'est pourquoi on place devant eux des filtres colorés : rouge, vert, bleu — comme des vitraux dans une fenêtre. Chaque capteur ne voit que sa couleur, puis un logiciel assemble ces fragments pour former une image complète.

Dans une pièce ordinaire, la lumière disparaît instantanément dès qu'on éteint la lampe. Dans une minuscule cavité en nitrure de silicium, un photon peut rebondir entre les parois 80 000 fois avant de se perdre. C'est comme si une balle lancée dans une pièce rebondissait sur les murs presque sans perdre de vitesse.

Un cristal d'iodure de sodium dopé au thallium, c'est comme un film photographique pour particules invisibles. Lorsqu'un quantum gamma ou une hypothétique particule de matière noire le frappe, il émet une faible lueur. Deux photomultiplicateurs en silicium, plaqués contre les extrémités du cristal, capturent cette lueur des deux côtés.

Dans le nuage froid du Taureau, où naissent les étoiles, les télescopes ont repéré des molécules à l'odeur d'amande amère : les nitriles aromatiques. Sur Terre, on les trouve dans les noyaux de pêches, mais dans l'espace, ils flottent dans la poussière glacée. Que leur arrive-t-il sous les ultraviolets intenses des jeunes étoiles ?

La spectroscopie a toujours été une manière d'entendre l'inaudible. Au XIXe siècle déjà, Johann Jakob Balmer déchiffrait les raies harmonieuses de l'hydrogène — une simple harmonie numérique qui préfigurait la théorie quantique.

Deux feuilles blanches sont posées au soleil – l'une rugueuse, l'autre lisse. Laquelle chauffera le moins ? La rugueuse diffuse davantage la lumière, et on pourrait penser qu'elle restera plus fraîche. Mais si le revêtement est composé de nombreuses billes de verre transparentes, la logique change.

La caméra d'un smartphone filme tout, tandis que l'œil saisit immédiatement l'essentiel. La rétine ne se contente pas de transmettre l'image au cerveau : sur place, elle accentue les contours, atténue le bruit superflu et s'ajuste à la luminosité.

Un gaz brûlant se dépose sur un substrat, construisant couche après couche un film transparent. Mais au lieu d'un miroir parfait, la surface se couvre parfois de minuscules bosses — comme des excroissances de glace sur une vitre par grand froid. On essaie généralement de les éliminer, car elles gênent la fabrication de pièces planes.

Les réseaux quantiques ont besoin d'un intermédiaire entre le stockage – le spin – et le transport – la lumière. Aucune molécule unique n'avait réussi à remplir ce rôle. Mais des physiciens viennent de trouver une solution. Ils ont placé une molécule de carbène dans un cristal et l'ont refroidie à -269°C.

Un gâteau en couches de plans atomiques de nickel et d'oxygène — c'est ainsi que sont faits les nickelates à double couche. Deux de ces plans sont séparés par une couche intermédiaire. Si un atome d'oxygène se loge dans cette couche, il agit comme un pont : il relie les couches et déclenche un état dans lequel les électrons se déplacent sans résistance.

Dans les sous-sols de quatre instituts européens se trouvaient sept dispositifs — chacun comparable à un diapason d'une précision inimaginable.

Un pont d'aluminium de quelques atomes d'épaisseur est le cœur de nombreux dispositifs quantiques. À travers un tel pont, le courant circule sans résistance, et on peut le contrôler par un champ magnétique.

Une feuille de papier ne pèse presque rien, mais si l'on empile cent feuilles, on obtient une liasse bien tangible. C'est à peu près ce qu'ils ont fait avec un matériau qui excelle à convertir une couleur de lumière en une autre, mais seulement lorsqu'il a l'épaisseur d'un atome. Une seule couche, c'est comme une seule feuille : cela fonctionne joliment, mais c'est trop fin pour produire beaucoup de lumière.

Une foule dans une rue étroite avance lentement parce que les gens se heurtent les uns aux autres. Dans le silicium, la chaleur se propage par des « chocs » similaires : des vibrations des atomes appelées phonons.

Le sel de table relève le goût des plats en cuisine, mais en laboratoire, il aide à faire pousser des cristaux épais de quelques atomes. Des scientifiques ont utilisé du séléniure d'étain et, grâce au sel, ont obtenu de très fines lamelles — si fines qu'on les qualifie de bidimensionnelles.

L'aiguille d'une boussole tremble quand un camion passe à côté. De même, dans un minuscule gyroscope — l'instrument qui détecte la rotation — tout bruit noie le signal utile. Les ingénieurs ont longtemps peiné à réduire un gyroscope à la taille d'un ongle sans perdre en précision. La solution est venue d'une architecture à deux chaînes.

L'eau sale chargée d'antibiotiques n'est pas seulement un déchet, c'est aussi une source d'énergie cachée. Des chimistes ont assemblé un matériau à partir de deux composants : des nanobâtonnets d'oxyde de titane (le pigment blanc des peintures et des crèmes solaires) et des nanofeuillets de nitrure de carbone.

L'eau ordinaire dans un verre est transparente et calme. Mais si on y ajoute de minuscules points de carbone, fabriqués à partir de sucre et d'acide citrique dans un micro-ondes classique, l'eau se met à briller lorsqu'une particule chargée la traverse.

Dans un cristal, on peut lancer un son d'une fréquence si élevée que l'oreille humaine ne l'entend pas — et faire courir ce son en rond, comme un train sur une voie circulaire. Les ingénieurs ont pris une fine membrane de nitrure de silicium, l'ont déposée sur un substrat de niobate de lithium et y ont gravé des pistes pour les ondes sonores.

Les microplastiques — ces minuscules fragments de polymères synthétiques — se retrouvent aujourd'hui partout, des glaciers de montagne aux aliments.

Régler sa radio sur sa station préférée, c'est chercher la bonne fréquence parmi le bruit. Le nouvel instrument fait de même, mais pour des ondes d'environ trois millimètres de long. Ces ondes proviennent de galaxies lointaines et, peut-être, de particules de matière noire.

Dans une grotte profonde sous les Apennins italiens se trouve un réservoir rempli de gaz. À l'intérieur, des particules chargées traversent en laissant derrière elles de faibles éclairs de lumière. Ces éclairs sont comme le sillage d'un bateau sur une eau sombre : ils permettent de savoir où et à quelle vitesse la particule s'est déplacée.

Dans un cristal d'oxyde de zinc se cache un duo quantique : un atome d'étain et un atome de lithium, assis côte à côte. Leur liaison est si étroite que l'électron capturé par cette paire semble vivre sur l'étain, le lithium ne faisant que jouer les accompagnateurs.

Un point lumineux de la taille d'une molécule. On y fait passer un courant, et elle s'illumine comme une minuscule ampoule. Voilà à quoi ressemble l'expérience avec des molécules de colorant déposées sur une fine pellicule de sel. Lorsque le courant atteint la molécule, un électron lui cède de l'énergie. La molécule restitue aussitôt cette énergie sous forme de lumière.

Une cheminée d'usine rejette du dioxyde de carbone dans l'air, et à côté se trouve une installation qui capture ce gaz et, sous la lumière du soleil, en assemble des molécules d'éthylène — la matière première des sacs et des tuyaux en plastique.

Un fil ordinaire chauffe quand le courant le traverse. Un supraconducteur, non. Mais presque tous les supraconducteurs connus fonctionnent soit à très basse température, soit sous une pression énorme, comme dans les entrailles des planètes. Les scientifiques cherchent depuis longtemps un matériau qui évite ces extrêmes.

Le nitrure de bore hexagonal en couche mince est un cousin du graphite, mais transparent et isolant. Dans son réseau cristallin, on rencontre parfois des défauts isolés : un atome de bore ou d'azote manque, et à sa place se forme un piège à électrons. Ce piège peut absorber la lumière et la réémettre, comme une minuscule lampe de poche.

La lumière du soleil tombe sur un toit, et dans un film mince naissent des électrons. Ils doivent avoir le temps de courir jusqu'aux fils avant de refroidir et de perdre leur énergie.

Une coupe épaisse de tissu observée au microscope ressemble à une vitre embuée : la lumière se diffuse et les détails se perdent. Habituellement, pour voir les cellules, on les colore ou on les découpe en tranches très fines. Mais il existe une méthode plus simple : rendre la coupe elle-même transparente, comme si l'on essuyait la vitre.

Le faisceau d'un laser traverse le verre et touche un mince film de diamant. Au point de contact, le film se transforme en une étroite bande qui se soulève légèrement. On place une deuxième bande de ce type à côté, et il reste entre elles un couloir vide. C'est cela, le canal : sa largeur peut être cinquante fois plus grande que sa hauteur, comme une feuille de papier posée sur une table.

Le sodium est le voisin du lithium dans le tableau périodique, mais il est des centaines de fois plus abondant dans la croûte terrestre et bien moins cher. Les batteries au sodium pourraient donc remplacer les batteries au lithium dans les véhicules électriques et les stockages d'énergie.

La lumière infrarouge d'une longueur d'onde d'environ trois micromètres est la plage de travail pour l'identification des molécules : chaque molécule absorbe la lumière à ses fréquences caractéristiques, laissant des « empreintes digitales ».

Des stores qui ne se contentent pas de laisser passer ou de bloquer la lumière, mais qui en changent la couleur. La lumière frappe les bandes inclinées, et une partie des rayons ressort avec une teinte différente — comme si un faisceau blanc, en passant à travers les fentes, devenait vert.

Une impulsion lumineuse, comme une boule de pâte à modeler, conserve sa forme en traversant un matériau ordinaire. Mais si l'on place sur son chemin une couche spéciale d'un atome d'épaisseur, l'impulsion commence à s'étaler — son spectre s'élargit.

Les ondes dans les aimants ressemblent aux vibrations d'une corde : si l'on pince une corde, elle émet une note unique, mais sous une forte excitation apparaissent des harmoniques — des sons à des fréquences multiples.

Dans les nuages froids entre les étoiles, là où naissent de nouveaux soleils, un travail chimique invisible est en cours. Les molécules simples se percutent, échangent des atomes et s'assemblent en chaînes qui, plus tard, pourraient faire partie des planètes. L'une de ces chaînes est l'ion NCCO+, composé d'azote, de deux carbones et d'oxygène.

Le nitinol est un métal à mémoire : comprimé en un minuscule tube, il se redresse tout seul dans le vaisseau et le maintient ouvert. Mais il ne suffit pas d'insérer un stent — il faut éviter qu'il ne se bouche par des caillots. Pour cela, on y dépose un médicament qui doit se libérer lentement, comme l'eau d'une éponge, et non se déverser d'un coup.