1950-2022 : Histoire des nanotechnologies entre une relation physique et mathématique

1950-2022 : A History of Nanotechnology into Physical and Mathematical Relationship

• Auteur / Autrice : Andrea Durlo
• Direction : Raffaele Pisano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 16/06/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Jury : Président / Présidente : Fabrizio Cleri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Flavia Marcacci, Pascale Diener, Manisha Sharan, Stefano Giordano, Christophe Delerue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vladik Kreinovich, Maria Sabrina Sarto

Mots clés

Mots clés contrôlés

IEMN - Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Microscopie électronique

Vie intellectuelle

Sciences et société

Technologie

Sciences -- Histoire

Physique mathématique

Histoire

Nanotechnologie

Mots clés libres

Relation Physique-Mathématiques

Histoire Intellectuelle des Idées

History of Physics

Nanotechnology

Physics-Mathematics Relationship

Applied Sciences & Technologies

Intellectual History of Ideas

Science in Society

Résumé

Ma thèse de doctorat porte sur l'histoire des nanosciences et des nanotechnologies - NNT - (1950-2022). Cette période étant bien documentée, j'ai basé ma recherche (3 ans) sur les articles originaux et les livres les plus représentatifs, selon la méthode historique scientifique/historiographique, dans le but de mettre en évidence les étapes et les fondamentaux qui ont conduit aux nanotechnologies telles que nous les connaissons aujourd'hui. La thèse (850+ pp.) est donc un ouvrage de grande envergure divisé en cinq parties et huit chapitres. Elle comprend également une précise introduction, un appendice, quatre chapitres historiques en guise de corps principal, une bibliographie et l'index des noms et des sujets. Les résultats obtenus sont les suivants: 1) finalement une analyse et chronologie précise des résultats les plus importants dans le domaine des NNT; 2) l'analyse historique des articles/littérature russe qui n'ont pas été examinés habituellement; 3) la création d'une base pour des recherches plus approfondies sur le sujet; 4) la présentation de certaines parties de mes recherches lors d'événements nationaux et internationaux; 5) matériel pour des publications. L'introduction analyse les concepts et les définitions fondamentaux des nanotechnologies dans le contexte de la relation physique-mathématique, l'état de l'art des NNT avec une description du rôle fondamental de l'IEMN et une analyse de la recherche mondiale. Le premier chapitre traite des techniques utilisées pour créer des nanostructures/nanomatériaux, des figures de chercheurs dans l'histoire des nanosciences et des principaux domaines de recherche dans lesquels se répartissent les nanotechnologies. Le deuxième est consacré aux techniques de microscopie électronique qui ont rendu possible l'étude et la manipulation de la matière, en mettant l'accent sur la technologie et les principes physiques qui les caractérisent. Il est également question des progrès réalisés par les mathématiques pour décrire les nanostructures sous la forme de modèles utilisés. Le troisième ouvre la partie spécifiquement historique de la thèse dans le cadre de la relation Physique-Mathématiques, en analysant les deux décennies entre 1950 et 1970. Je souligne ici la première observation en laboratoire de structures creuses allongées - ou nanotubes de carbone - et la perception croissante de la nécessité de concevoir des composants électroniques plus petits et efficaces. Le quatrième chapitre couvre les décennies entre 1970 et 1990, période où le terme de nanotechnologie est né et où les microscopes à effet tunnel et à force atomique ont vu le jour. Au cours de cette période, des prix Nobel ont été décernés. Le cinquième s'étend de 1990 à 2022 et décrit les dernières avancées des NNT. C'est au cours de ces années que le graphène et les nanotubes de carbone ont été découverts et que les NNT se sont développés sur plusieurs fronts. Le sixième est consacré à l'IEMN et à ses trente premières années d'histoire. Dans ce chapitre, j'ai présenté les articles les plus importants publiés par l'institut, en les comparant aux moments les plus significatifs de l'histoire des NNT, afin de démontrer la qualité de la recherche effectuée et la fréquence à laquelle les résultats se sont avérés être de véritables innovations dans le paysage scientifique. Le septième chapitre traite de l'impact des NNT sur l'environnement et des réglementations mises en place pour contenir les effets inévitables d'une nouvelle science sur l'homme et l'environnement. Le dernier chapitre est consacré à la synthèse des conclusions et des perspectives indiquées par ce travail de thèse. Un chapitre bibliographique exhaustif de références étudiées est également inclus. Cette thèse peut être considérée comme un ouvrage de référence particulièrement intéressant pour les physiciens, les historiens des sciences, les mathématiciens et les chercheurs en sciences et en technologies appliquées.

My Ph.D thesis brings together the highlights of the History of Nanotechnology (1950-2022) to the present day. As this time-span is well documented, I based my three-year long research on the original articles and the most representative texts, according to the historiographic method, aiming of highlighting the steps taken over time that have led to Nanotechnology as we know it today. The thesis, consisting 850+ pages, is then a wide-ranging work divided into five parts over eight chapters. It includes also a long Introduction, an Appendix, four historical chapters as the Main Matter, a large comprehensive Bibliography and Indexes of Names and Subjects.The results I achieved are: 1) the preparation of a large reference-volume recollecting chronologically the most important discoveries in NNT, something that has not been prepared yet, to the best of my knowledge; 2) the analysis of historical articles from the Russian literature usually not examined; 3) setting the basis for further and larger research on the subject; 4) the presentation of parts of my research to national and international events; 5) providing material for publication.In the Introduction, the fundamental concepts and definitions, Nanotechnology within the relationship Physics-Mathematics, the state of the art of Nanoscience and Nanotechnology (NNT) with a description of the fundamental role of the IEMN and an analysis of the research around the world, are reported and analysed. The first chapter deals with the techniques used to create nanostructures and nanomaterials, the figures of researchers who have played a fundamental role in the history of Nanoscience, and the main fields of research into which Nanotechnology is divided. The second chapter is devoted to the electron microscopy techniques that have made it possible to investigate and manipulate matter, focusing on the technology and the physical principles behind it. The progress made by mathematics to describe nanostructures in the form of the models used is also presented. The third chapter opens the specifically historical part of the thesis within the relationship Physics-Mathematics, analysing the two decades between 1950 and 1970. Here I emphasize the first laboratory observation of elongated hollow structures - the future so-called carbon nanotubes - and the increasingly stringent perception of the need to design smaller and more efficient electronic components. The fourth chapter covers the decades between 1970 and 1990, when the term Nanotechnology was born and tunnel effect and atomic force microscopes saw the light of day. During this period, Nobel Prizes were awarded in the field of NNT. The fifth chapter runs from 1990 to 2022 and describes the latest advances in NNT up to the present day. These are the years when graphene and carbon nanotubes were discovered, and when NNT developed on several fronts. The sixth chapter is specific to the IEMN, the research centre where I carried out this thesis, and its first thirty years of history. In this chapter I presented the most important articles published by the Institute, comparing them with the most significant moments in the history of NNT, to prove the quality of the research conducted and how many times the results proved to be real premieres in the scientific landscape. The seventh chapter addresses the impact that NNT have on the environment and what regulations have been established over time to contain the inevitable effects on humans and the environment of a new science. The final chapter eight is dedicated to bringing together the conclusions and perspectives indicated by this thesis work. A large bibliographical chapter of studied references is included. This thesis can be considered as a source-book that will be of particular interest for physicists, historians of science, mathematicians and applied science & technology researchers.