"Nanotechnologies: Tapage ou future révolution industrielle ?" Alain Cappy est né en 1954. Ancien élève de l’École Normale Supérieure de Cachan il est agrégé de Sciences physiques. Il soutient sa thèse de troisième cycle en Électronique en 1981 puis son doctorat d'État en 1986. Depuis 1991 il est Professeur à l'Université Lille1 ou il enseigne l'électronique, en particulier la physique des dispositifs à semi-conducteurs. Ses activités de recherche concernent la conception, la fabrication et la caractérisation de micro et nano dispositifs ultras rapides. Il est auteur ou coauteur de 100 articles dans des revues internationales, de 115 communications dans des conférences, dont 25 invitées. Il a dirigé 24 thèses et il est membre du comité de lecture de revues internationales et du comité des programmes de conférences internationales. De 2002 à 2009, il a été directeur de l'Institut d'Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN), un laboratoire de recherche de plus de 450 personnes Résumé : Les nanosciences, qui s'intéressent aux nouveaux phénomènes apparaissant aux petites échelles, et les nanotechnologies, qui concernent les applications des objets de taille nanométrique, connaissent depuis une quinzaine d'années un formidable essor, grâce au développement de nouveaux outils d'élaboration, d'observation et d'analyse. Lorsque des objets artificiels ont la même taille que des molécules chimiques ou biologiques, leur étude bénéficie des apports complémentaires des diverses disciplines : les nanosciences et les nanotechnologies sont multidisciplinaires par nature. Selon certaines études, le développement des nanotechnologies va générer une révolution égalant la révolution microélectronique, non seulement au niveau des dispositifs pour le traitement de l'information, mais plus encore dans les domaines des matériaux (nanomatéraux, matériaux nanostructurés) et de la santé (diagnostic, thérapie) ou l'interaction d'objets biologiques et non biologiques dans des systèmes permettra l'éclosion d'une nouvelle génération de capteurs. Avant une utilisation à grande échelle de ces technologies, il est toutefois nécessaire d'améliorer rapidement l'analyse des risques liés à ces technologies afin d'éviter les écueils et les erreurs qui ont pu apparaître dans le développement d'autres technologies avancées.
Mot(s) clés libre(s) : microélectronique, nanotechnologies, matériau semi-conducteur

Les révolutions de l' information et des communications sont un des faits marquants du siècle et vont continuer à bouleverser dans ce nouveau siècle tous les domaines de l'activité humaine, y compris nos modes de vie. Ces révolutions sont nées du codage de l'information sous forme de paquets d'électrons (les " grains " d'électricité) ou de photons (les " grains " de lumière) (quelques dizaines de milliers de chaque pour l'élément d'information, le " bit "), et la capacité de manipuler et transmettre ces paquets d'électrons ou de photons de manière de plus en plus efficace et économique. À la base de cette capacité se trouvent les matériaux semi-conducteurs. Rien ne prédisposait ces matériaux à un tel destin : ils ont des propriétés " classiques " médiocres, que ce soit mécaniques, thermiques, optiques ou électriques. C'est justement les propriétés moyennes des semi-conducteurs qui les rendent " commandables " : par exemple, leur comportement électrique a longtemps semblé erratique, car très sensible aux " impuretés ". Cette capacité à changer de conductivité électrique, devenue " contrôlée " par la compréhension physique des phénomènes et l'insertion locale d'impuretés chimiques, permet de commander le passage de courant par des électrodes. On a alors l'effet d'amplification du transistor, à la base de la manipulation électronique de l'information. La sensibilité des semi-conducteurs aux flux lumineux en fait aussi les détecteurs de photons dans les communications optiques, et le phénomène inverse d'émission lumineuse les rend incontournables comme sources de photons pour les télécommunications, et bientôt pour l'éclairage. Les progrès des composants et systèmes sont liés aux deux démarches simultanées d'intégration des éléments actifs sur un même support, la " puce ", et de miniaturisation. Une des immenses surprises a été le caractère " vertueux " de la miniaturisation : plus les composants sont petits, meilleur est leur fonctionnement ! On a pu ainsi gagner en trente-cinq ans simultanément plusieurs facteurs de 100 millions à 1 milliard, en termes de complexité des circuits, réduction de coût (la puce de plusieurs centaines de millions de transistors coûte le même prix qu'un transistor dans les années 60), fiabilité, rendement de fabrication. Le problème des limites physiques est cependant aujourd'hui posé : jusqu'où la miniaturisation peut-elle continuer ? Combien d'atomes faut-il pour faire un transistor qui fonctionne encore ? Y-a t'il d'autres matériaux que les semi-conducteurs qui permettraient d'aller au delà des limites physiques, ou encore d'autres moyens de coder l'information plus efficaces que les électrons ou les photons ? Ce sont les questions que se pose aujourd'hui le physicien, cherchant à mettre en difficulté un domaine d'activité immense qu'il a contribué à créer. En savoir plus : http://pmc.polytechnique.fr/ weisbuch/microelectronique
Mot(s) clés libre(s) : codage de l'information, composant électronique, matériaux semi-conducteurs, micro-électronique, miniaturisation, nanotechnologies, physique quantique, stockage de données, technologies de l'information, TIC, transistor

Les révolutions de l'information et des communications vont continuer à bouleverser tous les domaines de l'activité humaine. Ces révolutions sont nées du codage de l'information sous forme de paquets d'électrons ou de photons et de la capacité de manipuler et transmettre ces paquets d'électrons ou de photons de manière de plus en plus efficace et économique. À la base de cette capacité se trouvent les matériaux semi-conducteurs. Rien ne prédisposait ces matériaux à un tel destin : ils ont des propriétés " classiques " médiocres qui les rendent " commandables " : par exemple, leur comportement électrique a longtemps semblé erratique, car très sensible aux " impuretés ". Cette capacité à changer de conductivité électrique, devenue " contrôlée " par la compréhension physique des phénomènes et l'insertion locale d'impuretés chimiques, permet de commander le passage de courant par des électrodes. On a alors l'effet d'amplification du transistor, à la base de la manipulation électronique de l'information. La sensibilité des semi-conducteurs aux flux lumineux en fait aussi les détecteurs de photons dans les communications optiques, et le phénomène inverse d'émission lumineuse les rend incontournables comme sources de photons pour les télécommunications, et bientôt pour l'éclairage. Les progrès des composants et systèmes sont liés aux deux démarches simultanées d'intégration des éléments actifs sur un même support, la " puce ", et de miniaturisation. Une des immenses surprises a été le caractère " vertueux " de la miniaturisation : plus les composants sont petits, meilleur est leur fonctionnement ! On a pu ainsi gagner en trente-cinq ans simultanément plusieurs facteurs de 100 millions à 1 milliard, en termes de complexité des circuits, réduction de coût, fiabilité, rendement de fabrication. Le problème des limites physiques est cependant aujourd'hui posé : jusqu'où la miniaturisation peut-elle continuer ? Combien d'atomes faut-il pour faire un transistor qui fonctionne encore ? Y-a t'il d'autres matériaux que les semi-conducteurs qui permettraient d'aller au delà des limites physiques, ou encore d'autres moyens de coder l'information plus efficaces que les électrons ou les photons ? Ce sont les questions que se pose aujourd'hui le physicien, cherchant à mettre en difficulté un domaine d'activité immense qu'il a contribué à créer.
Mot(s) clés libre(s) : circuit intégré, codage de l'information, conductivité électrique, matériau semi-conducteur, microélectronique, miniaturisation, physique quantique des solides, silicium, transistor

L'optoélectronique est une discipline scientifique et technologique qui a trait la réalisation et l'étude de composants mettant en jeu l'interaction entre la lumière et les électrons dans la matière. Ces composants, qui permettent de transformer la lumière en courant électrique et réciproquement, sont des instruments privilégiés pour comprendre le nature de la lumière et des électrons. Il est donc peu étonnant que ce soit le tout premier composant opto-électronique (la cellule photoélectrique) qui soit à l'origine de la découverte d'Albert Einstein de la dualité onde-corpuscule. Dans cette Conférence, nous décrirons comment ce concept fondateur de la Physique Quantique a permis de comprendre les propriétés électroniques et optiques de la matière. Nous décrirons comment ces propriétés quantiques sont mises en oeuvre dans les quelques briques de base conceptuelles et technologiques à partir desquelles tous les composants optoélectroniques peuvent être élaborés et compris. Nous décrirons enfin quelques exemples de ces composants optoélectroniques qui ont changé profondément notre vie quotidienne : - les détecteurs quantiques (caméscopes, cellules solaires, infrarouge…) - les diodes électroluminescentes (affichage, éclairage, zapettes, …) - les diodes laser (réseaux de télécommunication, lecteurs de CD-DVD, internet, …) Nous explorerons finalement quelques nouvelles frontières de cette discipline, qui est un des domaines les plus actifs et des plus dynamiques de la Physique à l'heure actuelle.
Mot(s) clés libre(s) : composant électronique, détection quantique, diode, dopage, dualité onde-corpuscule, effet photoélectrique, lumière, mécanique quantique, onde électronique, opto-électronique, photonique, puits quantique, semi-conducteur, théorie des bandes

La puce est un carré en silicium (seul matériau avec lequel on soit arrivé à faire des semiconducteurs), plus petit que l’ongle du petit doigt, avec de très nombreuses petites pattes qui font penser à une puce. On peut se faire une idée de la révolution qu’a introduit la puce, en consultant par exemple Internet, qui est de loin la manifestation la plus spectaculaire des possibilités. Il y a des microprocesseurs partout, c’est à dire l’intelligence ; il y a des mémoires. Je n’ai inventé que la carte à puces. Les biopuces sont une sorte de fantasme journalistique : il n’y en a pas qui fonctionne. Les grands de l’informatique comme Intel, Texas Instrument ne travaillent pas dessus. C’est trop différent des circuits intégrés.Il y a une différence spectaculaire entre mémoire informatique et mémoire humaine.Comment se fait-il qu’il est si difficile d’apprendre ? Qu’il soit impossible d’oublier sur commande ? Aujourd’hui j’ai une veste jaune, si demain vous voulez chasser cette image de votre mémoire, ça vous sera complètement impossible. Il n’y a pas d’intersection entre la volonté et la mémoire. La mémoire artificielle la plus simple : une feuille de papier, une vitre embuée sont des mémoires, au sens où l’on peut inscrire une information et elle reste. Toutes ces mémoires sont effaçables. Il suffit de frotter avec un chiffon et l’information s’évapore. Rien de tel n’est concevable avec notre mémoire. La mémoire humaine est infinie ; ce soir ayant déjà dans notre tête tout ce que nous avons, nous allons voir un film d’action, on sort avec le film dans la tête mais ça n’a pas chassé de précédent souvenir. Les mémoires artificielles sont finies, elles ont un espace délimité. Une cassette de magnétoscope, une fois remplie, ne peut prendre une seconde d’images supplémentaires. Sur cet étonnement, j’ai voulu créer une mémoire artificielle ayant les traits de fonctionnement de la mémoire humaine, son irréversibilité. Une information enregistrée est irréversiblement enregistrée. Les informaticiens adorent ce type de situation stable...
Mot(s) clés libre(s) : carte à puce, circuit intégré, identification, information irréversible, mémoire informatique, microélectronique, microprocesseur, semi-conducteur, silicium

La matière est constituée d'atomes qui présentent beaucoup de points communs : un noyau, autour duquel des électrons gravitent. Dans ces conditions, pourquoi certains matériaux sont-ils isolants et empêchent le passage du courant électrique, alors que d'autres matériaux, laissant les électrons libres de se déplacer, sont conducteurs. Pourquoi un électron, initialement attaché à son noyau, décide-t-il de l'abandonner en se laissant entraîner par des attractions qu'il ressent pour d'autres ? Les électrons ont-ils si peu de principes qu'ils sont prêts à rejoindre le premier noyau qui les attire. Dans cette conférence, on montrera que les électrons, qui sont naturellement assez volages, respectent néanmoins un principe et que ceci explique la plupart des propriétés électriques de la matière. On abordera le cas des isolants, des conducteurs et des supraconducteurs. Ces derniers constituent une énigme non encore résolue. Leur maîtrise pourrait provoquer une révolution industrielle.
Mot(s) clés libre(s) : conducteur, courant électrique, ionisation, isolant, matériau, niveau de Fermi, paire de Cooper, principe de Pauli, spin, structure atomique, supraconductivité

Ce cours est composé de 2 parties : réflexion d'une OPPH sur un conducteur métallique, ondes guidées.
Mot(s) clés libre(s) : propagation, ondes guidées, conducteur, réflexion, vecteur de Poynting

Ce cours est composé de 3 parties : oscillations mécaniques couplées libres, oscillations mécaniques couplées forcées, oscillateurs électriques couplés .
Mot(s) clés libre(s) : oscillations mécaniques, battements, conducteur, résonances, couplage

Ce cours propose quelques rappels généraux d'électrostatique : la loi de Coulomb, la topographie du champs électrostatique, les lignes de champs et surfaces équipotentielles, le théorème de Gauss, l'équation de Poisson. Dans une deuxième partie, c'est le dipôle électrostatique qui est évoqué. La troisième et dernière partie étudie de façon détaillée l'équilibre électrostatique des conducteurs en évoquant les concepts suivants : théorème de Coulomb, pression électrostatique, problème de Laplace, notion d'écran - cage de Faraday, condensateurs.
Mot(s) clés libre(s) : équilibre électrostatique, conducteurs en équilibre

Lorsqu'un matériau semi-conducteur est structuré à l'échelle du nanomètre ses propriétés électroniques et optiques sont gouvernées par la mécanique quantique. Le puits quantique, formé par une couche mince semi-conductrice d'épaisseur nanométrique, est très communément employé depuis 20 ans pour fabriquer des composants très performants (diodes laser, transistors à gaz d'électrons bidimensionnel). De nombreuses études sont aujourd'hui consacrées aux boîtes quantiques semi-conductrices, nanostructures capables de confiner les électrons à l'échelle du nanomètre dans toutes les directions de l'espace. Après avoir présenté et comparé les principales stratégies permettant de fabriquer ces nano-objets, l'exposé s'attachera à montrer combien leurs propriétés sont originales. Une boîte quantique isolée se comporte par exemple à bien des égards comme un macro-atome artificiel ; cette propriété très intéressante permet de reproduire dans un système solide des expériences d'optique quantique jusque là réalisées avec des systèmes atomiques. Pour conclure, les perspectives d'application très prometteuses des boîtes quantiques dans des domaines aussi variés que l'optoélectronique, les communications quantiques, la micro/nanoélectronique ou la biologie seront brièvement présentées.
Mot(s) clés libre(s) : boite quantique, mécanique quantique, nanocristaux, nanostructure, nanotechnologie, photon, semi-conducteur