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Posté par Michel le Mercredi 13/02/2013 à 00:00
Des connexions biologiques pour la micro-électronique
La miniaturisation des composants électroniques est en train d'atteindre une limite physique. Si la solution de l'assemblage en trois dimensions permettrait de gagner sur l'encombrement spatial, la fabrication des connections électriques dans ces nouveaux dispositifs reste un défi technologique. Des biologistes et physiciens du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de l'Université Joseph Fourier et de l'Inra à Grenoble ont mis au point (Graphie) un système de connexions auto-assemblées, grâce à des filaments d'actine (1), pour ces structures microélectroniques en 3D. Une fois rendus conducteurs, ces filaments d'actine permettent de connecter entre eux les différents composants d'un système. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Materials du 10 février 2013.


Visualisation en 3D d'un réseau de connexions réalisé à partir de micropiliers d'actine (gris)
©CEA/R. GALLAND

D’année en année, nos ordinateurs et téléphones portables deviennent plus performants grâce à la densification des composants micro-électroniques qu’ils renferment. Cette densification résulte d’une miniaturisation de plus en plus poussée. Elle est en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des...) d’atteindre une limite technique liée à la taille de certains composants qui se rapproche de celle de quelques atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...). L’industrie de la microélectronique fait donc face à une barrière physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) pour augmenter la densité d’intégration des composants que seule une rupture technologique pourrait permettre de surmonter.

Une solution pourrait venir de l’intégration de la microélectronique en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien...). En effet, les circuits microélectroniques actuels sont plans. Empiler leurs composants les uns sur les autres est une solution pour continuer de les densifier, et améliorer ainsi leurs performances et réduire leur consommation énergétique. Se pose alors un nouveau challenge: celui de connecter les composants entre eux une fois qu’ils sont empilés. Alors que leur fabrication et leur empilement reposent sur des technologies matures, la réalisation de connections verticales pour les relier entre eux puis faire circuler un courant reste complexe. Si les techniques actuelles de la micro-électronique 3D permettent de réaliser ces connections à haute densité, des technologies alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) sont intéressantes à évaluer Des biologistes et des physiciens du CEA, du CNRS, de l’UJF et de l’Inra à Grenoble ont eu l’idée de mettre à profit les capacités extraordinaires d’auto-assemblage de certains composés biologiques pour que ces connexions se construisent toutes seules. Dans nos cellules, de nombreuses structures complexes et régulières s’assemblent et se désassemblent en permanence. C’est notamment le cas des réseaux de filaments constitutifs du squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la base de l'evolution des vertébrés. Celui ci leur a fourni un avantage sélectif conséquent...) des cellules (cytosquelette). Ces filaments sont principalement constitués d’actine. Ils interagissent entre eux pour former des tresses, des faisceaux, des feuillets, des piliers dont l’architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et les propriétés mécaniques régulent et contrôlent la forme des cellules.

La formation de ces superstructures répond à des lois mécaniques et géométriques qui sont étudiées et maîtrisées par une équipe du Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale (2) (CEA/CNRS/UJF/INRA). Ces chercheurs ont mis au point une technique qui permet de contrôler l’auto-assemblage des filaments d’actine en 3D entre 2 plaques de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus...). Grâce aux technologies du Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (CNRS/UJF) et du CEA-Leti, les plaques ont été placées à 30 microns l’une de l’autre et micro-structurées avec un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...). Les chercheurs ont alors injecté entre les deux surfaces une solution contenant des monomères d’actine qui ont polymérisés en réponse à la géométrie des microstructures. Des piliers d’actine de formes et de tailles contrôlées se sont ainsi auto-assemblés à partir des deux surfaces et rejoints pour établir des connexions. De la même manière, les chercheurs ont réussi à faire croître des piliers à partir d’une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...), qui sont entrés dans des cylindres creux formés à partir de l’autre, à la façon d’une prise mâle/femelle. Puis, grâce au savoir-faire des chercheurs du CEA-Leti, ces connexions ont été métallisées avec des nanoparticules d’or, permettant le passage d’un courant électrique entre les deux surfaces.


Visualisation en 3D d'un réseau d'actine (vert) assemblé à partir d'une surface micropatternée
en forme de Logo CEA (rouge). © CEA/R. GALLAND


Notes:

(1) Protéine qui constitue le squelette des cellules vivantes et qui permet de réguler et contrôler leur forme.

(2) Laboratoire de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de Recherches en Technologies et Sciences pour le Vivant.


Référence:

Fabrication of three-dimensional electrical connections by means of directed actin self-organization. Rémi Galland, Patrick Leduc, Christophe Guérin, David Peyrade, Laurent Blanchoin and Manuel Théry. Nature Materials. 10 février 2013.


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Source: CNRS
 
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