Nguyen Duc Hoa, spécialiste des matériaux : « Les nanomatériaux sont fascinants ! »

En tant que physicien appliqué, avez-vous déjà été captivé par le romantisme et la philosophie de la physique théorique ? – La praticité et la faisabilité de la théorie sont cruciales car une théorie peut ouvrir de nouvelles perspectives sur les phénomènes physiques, menant à des technologies inédites. Les concepts abstraits peuvent déboucher sur des applications concrètes en nanotechnologie, en nouveaux matériaux, en médecine et en information quantique… Ainsi, le romantisme et la philosophie de la physique théorique non seulement attirent, mais complètent également la praticité de la physique appliquée, créant un fascinant parcours de découverte et d’innovation. L’alliance de la physique théorique et de la physique expérimentale offre une expérience complète et enrichissante aux physiciens. J’ai toujours été intéressé et motivé par les problèmes théoriques en physique. C’est pourquoi nos recherches récentes ont impliqué une collaboration entre expérimentateurs et chercheurs en physique théorique et computationnelle. La théorie promet une compréhension complète des principes fondamentaux et fournit une base solide à partir de laquelle de nouvelles perspectives sur les phénomènes physiques peuvent être envisagées.

Le professeur Dr. Nguyen Duc Hoa (à gauche) avec son mentor inspirant, le professeur Dr. Nguyen Duc Chien

Professeur, pourriez-vous expliquer simplement l'un de vos principaux sujets de recherche : pourquoi les nanomatériaux possèdent-ils tant de propriétés inattendues ? Les nanomatériaux agissent à l'échelle atomique et moléculaire, où les lois physiques habituelles, applicables aux plus grandes dimensions, ne s'appliquent plus. C'est le cas notamment des effets de taille à l'échelle nanométrique, des différences de rapport surface/volume, des effets quantiques et des fortes interactions entre atomes. Il en résulte des propriétés physiques, chimiques et biologiques inédites, ouvrant la voie à de vastes applications potentielles. C'est ce qui explique l'attrait des nanomatériaux dans de nombreux domaines, de la médecine à l'électronique en passant par l'énergie… Un exemple frappant est celui de l'or (symbole Au) : à grande échelle, il est jaune et insoluble dans l'eau ; mais à l'échelle nanométrique, il peut être rouge, bleu ou d'autres couleurs selon la taille des particules. Les points quantiques sont des nanoparticules semi-conductrices aux propriétés optiques uniques : lorsqu'ils sont excités, ils émettent une lumière dont la couleur dépend de leur taille. Les points quantiques sont utilisés dans les écrans de télévision (QLED), les LED et dans des applications médicales telles que l'imagerie par fluorescence pour le diagnostic des maladies.

Avec mes camarades de l'Université pédagogique de Hanoï

Que sont les matériaux 1D et 2D ? Tous les matériaux que nous voyons ne sont-ils pas en 3D ? – Le monde que nous percevons est un espace tridimensionnel. Lorsqu’une dimension est beaucoup plus grande que les deux autres, l’objet est considéré comme unidimensionnel (un matériau 1D). De même, lorsque deux dimensions sont beaucoup plus grandes que la troisième, l’objet est presque considéré comme bidimensionnel (un matériau 2D). À l’échelle nanométrique, les matériaux 1D et 2D possèdent de nombreuses propriétés uniques, car leur structure atomique est limitée à une ou deux dimensions. Un matériau 1D, tel que les nanotubes de carbone (tubes cylindriques creux d’un diamètre inférieur à 100 nanomètres et d’une longueur pouvant atteindre quelques micromètres, voire plus), présente une résistance à la traction partielle extrêmement élevée ainsi qu’une bonne conductivité électrique et thermique. Les nanofils (d’un diamètre inférieur à 100 nm et présentant un rapport longueur/diamètre très élevé, fabriqués à partir de divers matériaux tels que les métaux, les semi-conducteurs et les oxydes métalliques) peuvent être utilisés dans les capteurs ou les composants électroniques. Un matériau bidimensionnel comme le graphène (composé d'une seule couche d'atomes de carbone agencés en réseau hexagonal) possède des propriétés mécaniques exceptionnelles, une bonne conductivité électrique et thermique, et constitue la base de nombreuses recherches et applications en électronique, énergie et électrodes transparentes. Grâce aux nanotechnologies, les matériaux unidimensionnels et bidimensionnels connaissent un développement croissant et trouvent des applications diverses, contribuant à approfondir notre compréhension du monde physique et promettant des avancées technologiques majeures.

En collaboration avec mes collègues d'ITIMS

Plus on décompose les particules matérielles, plus on découvre de surprises et d'applications potentielles ? Que reste-t-il si l'on réduit les particules à leur plus simple expression ? Cette question fascinante permet d'éclairer certains principes fondamentaux de la science des matériaux et des nanotechnologies. En effet, la décomposition des particules matérielles à l'échelle nanométrique révèle de nombreuses propriétés nouvelles et inattendues. En réduisant encore davantage les particules, on s'approche du niveau le plus fondamental de la matière : les atomes et les particules subatomiques comme les protons, les neutrons, les quarks, les leptons et les bosons – actuellement les plus petites unités constitutives des matériaux. Cependant, à l'avenir, il est possible que de nombreuses autres particules fondamentales soient découvertes ou que leur existence soit prédite. C'est ce qui motive les scientifiques des matériaux, car la science est un processus sans fin. Ces domaines relèvent également du domaine de la science théorique, où se mêlent romantisme, imagination et philosophie.

Depuis l'Antiquité, des nanoparticules ont été découvertes dans de nombreux artefacts. Pourquoi les nanomatériaux sont-ils si importants pour la société moderne ? Leur importance est capitale non seulement en raison de leur taille infime, mais surtout grâce à leurs propriétés uniques et à leurs vastes applications potentielles. Bien que les nanoparticules existent depuis l'Antiquité (par exemple, la coupe de Lycurgue présente des couleurs différentes selon qu'on l'observe sous lumière réfléchie ou transmise), notre compréhension et notre maîtrise de ces particules ont progressé de façon spectaculaire ces dernières décennies, ouvrant la voie à de nombreuses applications novatrices dans divers domaines. La capacité à fabriquer et à contrôler les nanomatériaux est donc essentielle. La nanotechnologie ouvre non seulement de nouvelles perspectives pour les applications actuelles, mais crée également des opportunités révolutionnaires pour l'avenir, contribuant ainsi positivement au développement économique et social mondial.

En collaboration avec mes collègues d'ITIMS à Ba Vi

Qu'en est-il des matériaux supraconducteurs et de leurs applications ? En termes simples, un matériau supraconducteur est un matériau qui, lorsqu'un courant électrique le traverse, conserve ses propriétés sans dégradation ni perte d'énergie. Les matériaux supraconducteurs trouvent de nombreuses applications dans des domaines tels que la médecine , le transport d'énergie, les trains à sustentation magnétique, les accélérateurs de particules, etc. Actuellement, l'appareil le plus courant utilisant des matériaux supraconducteurs est l'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui utilise des aimants supraconducteurs pour créer le champ magnétique intense nécessaire à l'imagerie détaillée de l'intérieur du corps. Grâce aux matériaux supraconducteurs, les appareils d'IRM fonctionnent plus efficacement et fournissent des images de meilleure qualité. Récemment, la Chine a testé avec succès un train à sustentation magnétique équipé de bobines supraconductrices dans un tube à vide, atteignant des vitesses supérieures à 623 km/h (la vitesse nominale pouvant atteindre 1 000 km/h). Le principal obstacle à la commercialisation et à la généralisation des matériaux supraconducteurs réside peut-être dans leur très basse température de fonctionnement. La supraconductivité exige l'utilisation de systèmes de refroidissement complexes et coûteux, tels que l'hélium liquide (-269 °C) ou l'azote liquide (-196 °C), pour maintenir les basses températures. Parmi les autres défis figurent les coûts de production élevés, la faible résistance mécanique, la complexité des technologies de fabrication, la capacité à maintenir la supraconductivité dans des champs magnétiques intenses et l'exigence de supraconductivité sous haute pression.

Discuter avec les collègues du laboratoire.

Quels sont les derniers développements des recherches du professeur sur les applications des nanomatériaux ? – Après une dizaine d’années de recherche fondamentale, et après des avancées significatives dans le domaine des nanomatériaux et des capteurs, notre groupe a décidé d’étudier les nanomatériaux intégrés pour des applications dans l’Internet des objets (IoT), notamment l’analyse de l’haleine pour le diagnostic des maladies. Il s’agit d’une véritable avancée qui illustre parfaitement l’esprit interdisciplinaire de la recherche scientifique moderne. L’association des nanomatériaux, des composants électroniques et de l’IoT ouvre non seulement de nouvelles perspectives pour le diagnostic des maladies, mais contribue également au développement de technologies médicales de pointe et à de nombreuses applications dans des domaines variés tels que l’industrie, l’environnement, la sécurité… Notre idée a germé en 2009, lors de la consultation d’un article de recherche publié dans Nature Nanotechnology par Hosam Haick (Israël) sur les résultats de l’étude « Diagnostic du cancer du poumon par l’analyse de l’haleine à l’aide de nanoparticules d’or ». Les travaux de ce groupe indiquent qu’en comparant les résultats d’analyse de l’haleine de personnes saines et de patients atteints d’un cancer du poumon, il est possible d’identifier ces derniers.

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Nos recherches ultérieures ont abouti à la création de capteurs de gaz semi-conducteurs utilisant des nanomatériaux. Ces capteurs offrent une meilleure réactivité et des limites de détection de concentration de gaz plus basses que les nanoparticules d'or, et sont parfaitement adaptés à l'analyse de l'haleine pour le dépistage et le diagnostic de maladies. Cette voie de recherche a été mise en œuvre dans le cadre d'un projet financé par la Fondation Vingroup Innovation (VinIF) en 2019. Notre confiance dans la proposition de ce projet ambitieux à la Fondation VinIF repose notamment sur son approche novatrice, qui encourage la prise de risque. Grâce à ce mécanisme progressif, plutôt que de privilégier une approche sûre aux résultats garantis, nous avons choisi d'explorer un sujet révolutionnaire, malgré le risque élevé qu'il comportait. Le principe de cette recherche est le suivant : certaines maladies, comme le cancer du poumon, l'asthme ou le diabète, affectent les processus métaboliques de l'organisme, créant ainsi des gaz caractéristiques (biomarqueurs) dans l'haleine du patient à des concentrations variables. Ces biomarqueurs varient selon le type de maladie. Les capteurs de gaz sont conçus pour identifier et analyser ces biomarqueurs, permettant ainsi un dépistage précoce des maladies, sans recourir à des méthodes invasives telles que les biopsies. L'essor des microprocesseurs et des puces semi-conductrices est plus important que jamais. Selon le professeur, comment devons-nous tirer parti de cette tendance ? – En effet, ce sujet est en plein essor et se trouve au cœur de nombreuses activités de recherche, de développement et d'application des technologies modernes. La croissance et les progrès dans ce domaine favorisent non seulement le développement des technologies de l'information et de la communication, mais ont également un impact profond sur de nombreux autres secteurs. Cependant, il faut bien le dire, notre main-d'œuvre spécialisée dans les semi-conducteurs et les microprocesseurs est encore trop réduite et son expertise est limitée. De plus, le Vietnam ne dispose actuellement ni d'un centre de recherche en semi-conducteurs suffisamment performant, ni d'un écosystème solide dans ce domaine. À mon avis, le Vietnam devrait capitaliser sur l'essor technologique des semi-conducteurs et des microprocesseurs en se concentrant sur des créneaux porteurs, en investissant dans la R&D et la formation des ressources humaines, en développant un écosystème technologique et industriel de soutien, et en appliquant ces technologies aux secteurs clés. Ces stratégies permettront au Vietnam d'atteindre un développement durable et de rester compétitif dans un contexte technologique mondial en constante évolution. Merci, Professeur !

Thanhnien.vn

Source : https://thanhnien.vn/nha-khoa-hoc-vat-lieu-nguyen-duc-hoa-vat-lieu-nano-day-thu-vi-185240531094042686.htm