Les finalistes du concours d'images NanoInFocus

À l'occasion de la Journée nationale des nanotechnologies et de la Semaine nationale de la chimie, trois organisations scientifiques organisent un concours d'images commun. Le National Nanotechnology Coordination Office (NNCO), au nom de la National Nanotechnology Initiative (NNI), l'UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (UCSD MRSEC), financé par la NSF, et l'American Chemical Society (ACS) offrent la possibilité d'explorer et de mettre en valeur la beauté de l'échelle nanométrique et d'apprendre l'intérêt de travailler à des échelles de longueur fondamentales.

Les finalistes du concours d'images NanoInFocus ci-dessous sont classés par ordre alphabétique du nom de famille de l'artiste.

Artist : Joshua Ballard - Micro-Broccoli Cette image peut sembler être un yin-yang céleste avec une couronne visible, mais il s'agit en fait d'une surface de silicium principalement recouverte d'hydrogène, à l'exception des parties lumineuses du symbole. Le symbole a été imprimé en utilisant la lithographie de précision atomique (APL) avec un microscope à effet tunnel (STM) et a été imagé par le même STM en utilisant un mode de spectroscopie ultrarapide qui est sensible aux effets de charge de surface. Deux aspects de cette image méritent d'être soulignés. Tout d'abord, la méthode de lithographie utilise un chemin de trame à vitesse constante, une approche entièrement nouvelle de l'APL qui est compatible avec des réseaux de pointes multiples massivement parallèles. Une deuxième caractéristique intéressante est que la spectroscopie ultrarapide montre une charge significative de la surface près de l'endroit où la lithographie a été effectuée. Il est surprenant de constater que la "couronne" est plus importante à proximité des endroits où l'on a enlevé moins d'hydrogène. Cette image représente les progrès réalisés en matière de fabrication et d'analyse, qui sont utiles dans de nombreux domaines, de la chimie fondamentale au traitement de l'information quantique.

Artist: Caleb DeWitt - Micro-Broccoli - Lauréat de la deuxième place Cette image montre une micrographie électronique à balayage de cristaux de carbonate de calcium du polymorphe vaterite. L'aspect duveteux des cristaux ressemble aux fleurons d'une tête de brocoli. À l'instar des récentes découvertes du brocoli en matière de lutte contre le cancer, le carbonate de calcium s'est avéré être bien plus qu'un simple produit ménager tel que les antiacides ou la craie. Les cristaux de carbonate de calcium font l'objet de recherches à l'échelle nanométrique en vue de leur utilisation comme agents d'administration de médicaments oculaires. De nombreux médicaments oculaires ont du mal à traverser les tissus oculaires en raison du drainage lacrymal et du clignement des yeux, mais les nanoparticules de carbonate de calcium seraient suffisamment solides pour résister à l'évacuation de l'œil et suffisamment petites pour y pénétrer. Ces cristaux qui ressemblent à des brocolis pourraient constituer la prochaine étape dans l'administration de médicaments oculaires !

Artist: Matthew Hershey - Paysage des nanosphères - Lauréat de la troisième place Avec la crise climatique croissante, de nouvelles technologies reposant sur des sources d'énergie renouvelables sont nécessaires. Des matériaux courants, tels que le dioxyde de titane, sont extrêmement répandus dans notre vie quotidienne. Cependant, lorsque le dioxyde de titane est réduit à des sphères de ~300-500 nanomètres, une grande partie de la lumière visible du soleil peut être utilisée pour entraîner des réactions chimiques importantes pour un monde plus durable. Cependant, ces propriétés ne se retrouvent pas dans le dioxyde de titane en vrac, ce qui rend l'imagerie de ces nanoparticules extrêmement importante. Afin de disposer d'un matériau efficace pour utiliser la lumière, la taille et la forme du dioxyde de titane doivent être uniformes. L'imagerie par microscopie électronique à balayage (MEB), présentée ici, peut nous permettre de voir ces particules extrêmement petites avec une haute résolution.

Artist: Tyler Jaynes - Ordre momentané : Nanofibres en transition récoltées par la lumière Cette image montre des nanofibres transitoires formées par l'exploitation de la lumière. Lorsqu'elles absorbent la lumière visible, les molécules qui les composent s'auto-assemblent en structures nanofibrillaires qui stockent temporairement l'énergie nécessaire aux réactions chimiques. Toutefois, ces structures ordonnées sont de courte durée ; l'exposition à l'air déclenche leur désintégration progressive. Cette micrographie électronique à transmission capture l'équilibre délicat entre la formation et la désintégration de ces nanostructures, illustrant leur existence brève, mais dynamique.

Artist : Lauren Micklow - Filière diamant hiérarchique Un diamant a été modelé à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés afin de créer une texture à double échelle. Après ce processus de structuration à petite échelle, le diamant sera utilisé comme tampon pour reproduire le motif des millions de fois. Ce motif particulier est utilisé sur les cellules solaires pour piéger la lumière et les rendre plus efficaces.

Artist: Natalie Nicolas - Le bout de l'aile du papillon Cette image montre les crêtes sur le bord de l'écaille de l'aile d'un papillon. Elle a été prise dans le cadre d'un projet visant à caractériser les structures des ailes de papillon capables d'effectuer un refroidissement radiatif, c'est-à-dire que l'écaille réfléchit les longueurs d'onde dans l'infrarouge afin de réduire la chaleur. Cette recherche nous aide à mieux comprendre la biologie évolutive des papillons et nous permet d'essayer de reconstruire ces structures dans des matériaux artificiels pour des peintures et des tissus qui peuvent refroidir sans apport d'énergie.

Artist: Md Tarek Rahman - Le labyrinthe de lumière : Le jardin des nanosculptures Ce paysage monochrome, un jardin microscopique de nanopilliers, est un triomphe de l'ingéniosité scientifique, un métalens à la pointe de la technologie. Tel un jardin méticuleusement sculpté, chaque pilier se dresse avec précision et art, son uniformité témoignant de l'élégance des techniques avancées de nanofabrication. À cette échelle, les piliers s'élèvent comme des stalagmites des profondeurs invisibles d'une grotte de silicium, leurs contours jouant avec les ombres et la lumière. Bien que coulées dans des nuances de gris, ces minuscules sentinelles sont capables de courber la lumière à travers toutes les couleurs de l'arc-en-ciel et de la concentrer sur un point focal unique. Cette image est une convergence de l'art et de la science, révélant les structures techniques du nanomonde comme une merveille fonctionnelle et un chef-d'œuvre abstrait.

Artist: Yael Tsarfati - Carte d'orientation d'un film conducteur en condition d'application Cette carte d'orientation montre l'alignement des chaînes de polymères dans un film organique qui conduit à la fois les électrons et les ions. Le film a été figé dans un état dynamique pendant une immersion dans 0,1M NaCl(aq), avec un dopage modéré induit par l'application d'une tension. La carte, créée à l'aide de la technique cryogénique 4D-STEM et analysée avec le paquetage Python py4DSTEM, utilise des couleurs pour indiquer l'angle des chaînes de polymères par rapport à l'horizontale. Cette visualisation met en évidence l'ordre structurel du film et les connexions entre les régions ordonnées, qui jouent un rôle clé dans la capacité du matériau à conduire la charge. (Les données ont été acquises avec le Dr Karen C. Bustillo au microscope TEAM I au NCEM, LBNL).

Artist: James Surjadi - Nitrure de bore hexagonal nano-architecturé en trois dimensions (lauréat du premier prix) Description : Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est un nanomatériau essentiel pour l'électronique, la gestion thermique et les conditions extrêmes en raison de sa résistance aux températures élevées, de son isolation électrique, de ses propriétés piézoélectriques et de sa grande résistance mécanique. Cependant, la plupart des études se sont concentrées sur sa forme bidimensionnelle (2D), et il est difficile de le transposer en trois dimensions (3D) en raison de sa fragilité et des changements microstructuraux. Pour surmonter ce problème, nous avons créé une architecture hBN creuse en 3D (cette image) avec des coquilles minces comme le nanomètre en utilisant un échafaudage de carbone imprimé en 3D et un dépôt chimique en phase vapeur, suivi de l'enlèvement de l'échafaudage. Cette architecture est 100 fois plus légère que l'eau et se remet complètement d'une compression de 90 %. Cette méthode peut être mise à l'échelle d'échantillons 3D de taille centimétrique tout en préservant les caractéristiques nanométriques essentielles au maintien des propriétés uniques du hBN pour des applications telles que les capteurs piézoélectriques ultrasensibles pour les explorations spatiales, l'isolation microélectronique et les revêtements légers et résistants aux chocs.

Artist: Percy Zahl - "The Seahorse" Description : Il s'agit d'une image haute résolution obtenue au microscope à force atomique sans contact (HR-AFM) d'une structure de nano-rubans de carbone (graphène) synthétisée sur une surface d'or. Cette technique permet de visualiser les liaisons au sein des structures moléculaires. Ces matériaux sont des candidats potentiels pour l'électronique du futur et peuvent être utilisés pour de nouveaux dispositifs optiques ou même pour l'informatique quantique. À propos de la technique d'imagerie, inventée en 2008 à IBM Zurich : HR-AFM mesure les forces entre les électrons de liaison de la molécule et une sonde inerte de molécule de CO attachée au capteur de force. Les images représentent la force observée à environ 3 Å au-dessus du plan de la molécule. Une oscillation de la sonde autour de 40 pm lui permet de sonder les forces à courte portée dans le régime de répulsion de Pauli. Un décalage de fréquence positif indique une force répulsive. Les images ont été acquises au Center for Functional Nanomaterials (CFN), qui est une installation utilisateur de l'Office of Science du ministère américain de l'énergie, au Brookhaven National Laboratory.