Nanocar race
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La NanoCar Race est une compétition scientifique, sous forme d'une course de molécules se déroulant sur une piste de 100 nanomètres. Elle a été organisée pour la première fois à Toulouse les 28 et , puis une deuxième fois les 24 et .
L'idée de la course est formulée en dans la revue ACS Nano par les organisateurs toulousains du CEMES-CNRS en lançant ainsi un appel à candidature pour laisser aux équipes le temps de se préparer. La course est annoncée officiellement par le Centre national de la recherche scientifique en à Toulouse au cours de Futurapolis[1]. À cette occasion, cinq équipes présentent leurs projets de prototypes le [2].
La première course au monde de ce type[3], entre quatre véhicules, a lieu durant 36 heures les 28 et [4] dans les locaux du CEMES-CNRS à Toulouse[5]. Les organisateurs toulousains acceptent également à concourir deux autres véhicules qui seront alors contrôlés à distance par internet depuis la salle de course du CEMES-CNRS sur le microscope de leur laboratoire. Il s'agit des véhicules de l'Ohio et de Graz-Rice.
Pour la Nanocar race II, la certification, équipe par équipe, des 10 équipes officiellement inscrites a débuté fin 2019. Stoppée par la pandémie de Covid-19 début , elle reprend à la mi- toujours avec le soutien du projet européen H2020 : MEMO (2017-2021)[6]. La compétition a lieu les 23 et , de nouveau au Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales de Toulouse[7].
Compétition
Piste
La piste de la première compétition est une surface en or, équipée de sillons afin de délimiter des couloirs de course pour éviter de perdre les véhicules trop souvent. Elle fait environ 100 nanomètres de long, et comprend deux virages[5]. Elle se trouve dans une petite enceinte refroidie à −269 °C sous un vide primaire de 10−10 mbar et est observée simultanément par quatre microscopes à effet tunnel[5] miniaturisés pour l'occasion et opérant sur la même surface. Chaque microscope se charge de la conduite d'un seul véhicule (d'une seule molécule-voiture).
Lors de cette compétition, les nanocars devaient aller le plus loin possible sur cette piste en 36 heures. Des vitesses de 5 nanomètres par heure étaient attendues[8].
Nanocars
Les nanocars, nanovoitures (dont des nanoautos) sont des molécule-véhicules mesurant de un à trois nanomètres. Ce sont des molécules essentiellement constituées de quelques dizaines ou centaines d'atomes d'hydrogène et de carbone équipées d'un châssis, de roues ou de pales moléculaires et d'un moteur moléculaire apparent ou quantique[9].
Une nanocar est propulsée pas à pas par des impulsions électriques envoyées par l'opérateur grâce à la pointe de son microscope. Le courant tunnel ainsi produit traverse la nanocar entre la pointe du microscope et la piste métallique commune. Il n'y a pas de contact mécanique direct avec la pointe[5]. Pendant la course, la nanocar n'est donc ni poussée ni déformée par la pointe du microscope. Une partie des électrons qui traversent la nanocar libère de l'énergie sous forme de petites vibrations intramoléculaires qui permettent d'activer le moteur de la nanocar.
Par exemple, le design de l'équipe NANOHISPA était basée sur un châssis d'anthracène relié à 4 composés aromatiques qui le soulèvent légèrement de la surface Au(111). La molécule est contrôlée grâce à son attraction vers la pointe du STM, généré par le dipôle électrique induite par les électrons circulant à travers sa structure moléculaire lorsqu'une tension est appliquée[10].
Équipes engagées
- Suisse : Swiss Nano Dragster, Université de Bâle
- France : Toulouse nanomobile club, Université Paul Sabatier
- Autriche/États-Unis : Université Rice (Houston) / Université de Graz (Graz)
- Allemagne : Université technique de Dresde (Dresde)
- Japon : National Institute for Materials Science (en) (Tsukuba)
- États-Unis : Ohio Bobcat Nano-Wagon, Université de l'Ohio
Résultats
La course sur la surface d'or a été remportée par l'équipe suisse qui a franchi en premier la ligne d'arrivée après avoir parcouru 133 nanomètres [11].
Sur la piste en argent, le véhicule de l'équipe américano-autrichienne des Universités de Rice et Graz a établi le premier record de vitesse avec une pointe à 95 nanomètres par heure[12], et a été classée ex æquo avec l'équipe suisse[13]. Ce véhicule était contrôlé à distance depuis la salle de course de Toulouse sur le microscope de l'Université de Graz.
Le véhicule de l'équipe américaine de l'Université de l'Ohio a fait demi-tour sans raison apparente au bout de 20 nanomètres, l'équipe allemande a cassé 2 véhicules sans pouvoir repartir, et l'équipe japonaise a fini par abandonner[12]. L'équipe française a perdu de vue son véhicule sur sa portion de surface, et a aussi été contrainte à l'abandon, en se consolant avec le prix symbolique de « voiture la plus élégante de la compétition »[12].
Lors de la NanoCar Race II, huit équipes prennent le départ et deux équipes arrivent ex aequo avec environ un millier de nanomètres en 24 heures : l'équipe hispano-suédoise NANOHISPA et l'équipe japonaise NIMS-MANA[7],[14].
