La nanotechnologie est possible en partie parce que des outils ont été développés pour « voir » des particules de matière d’un nanomètre (nm) à travers, ou plus petites. C’est moins d’un milliardième de mètre.

Lorsque l’idée de la nanotechnologie a été développée dans les années 1960, c’était juste ça – une idée. Les scientifiques ne pouvaient pas faire grand-chose pour que la nanotechnologie se produise, car ils n’avaient pas les outils pour voir ou travailler à l’échelle nanométrique. Ainsi, à certains égards, la nanotechnologie a progressé parallèlement au développement des microscopes.

Microscopes optiques

Les microscopes optiques (légers) existent depuis de nombreuses années. Vous pouvez obtenir des grossissements de plus de 2000 fois avec un microscope optique moderne. Cela suffit pour voir à l’intérieur des cellules végétales et animales, mais pas beaucoup de détails. La limite principale est la longueur d’onde de la lumière. En effet, de nombreux objets à l’échelle nanométrique sont si petits que la lumière qui les vise manque et n’est donc pas réfléchie pour que nous puissions voir. Cela signifie que les objets de moins de 300 nm sont déformés au microscope optique.

Microscopes électroniques

Pour magnifier davantage les choses, un nouvel outil a été développé. Cela est arrivé en 1931, avec l’invention du microscope électronique. Des faisceaux d’électrons sont focalisés sur un échantillon. Quand ils le frappent, ils sont dispersés, et cette diffusion est utilisée pour recréer une image. Un microscope électronique peut être utilisé pour agrandir les choses plus de 500 000 fois, assez pour voir beaucoup de détails à l’intérieur des cellules. Il existe plusieurs types de microscope électronique. Un microscope électronique à transmission peut être utilisé pour voir les nanoparticules et les atomes.

Microscopes à sonde à balayage

Pour voir les atomes en détail, il fallait un outil qui ne reposait pas sur la lumière ou les faisceaux d’électrons. Cela est arrivé dans les années 1980, avec le développement des microscopes à sonde à balayage. Lorsque vous passez votre doigt sur une surface, par exemple du papier ou un tapis, vous pouvez dire à quel point elle est lisse ou rugueuse. Un microscope à sonde à balayage fonctionne de manière mécanique similaire, mais en utilisant un « doigt » à l’échelle nanométrique.

Il existe différents types de microscope à sonde à balayage qui fonctionnent de manière légèrement différente:

• Un microscope à force atomique a une pointe très fine, parfois seulement un atome de large, qui est traîné sur une surface d’échantillon. La pointe s’élève au-dessus des atomes et tombe dans les espaces entre les deux. La montée et la descente sont si petites qu’un laser est utilisé pour enregistrer le mouvement. Un ordinateur utilise ces informations pour produire des images 3D d’atomes. Vous voyez l’image sur un écran d’ordinateur, pas à travers un oculaire comme vous le faites dans les microscopes optiques.

• Le microscope à effet tunnel à balayage mesure les changements de courant électrique entre la pointe de la sonde et les atomes sur une surface d’échantillon.

• Dans un microscope à force magnétique, la pointe détecte les changements de la structure magnétique de la surface au niveau atomique.

Ces microscopes à sonde à balayage étaient les outils que les scientifiques attendaient. La nanotechnologie a maintenant décollé. Non seulement les atomes pouvaient être vus, mais il a été constaté que les extrémités des microscopes pouvaient être utilisées pour accrocher des atomes individuels et les déplacer. Les scientifiques ont pu créer des images à partir de quelques atomes, tels que des lettres et des visages souriants. Plus sérieusement, ce nouvel outil a permis de commencer à travailler sur l’un des rêves de certains nanotechnologues: la construction d’objets à l’échelle nanométrique atome par atome.