Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Physique : STM, AFM, DUF

Participants : David Martrou, Sébastien Gauthier, Roland Coratger, Olivier Guillermet, Véronique Langlais
Doctorants & Postdocs : Antoine Hinaut, Hermann Walsh, Thomas Leoni, Florian Chaumeton, Loranne Vernisse, Audrey Bodin

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Les développements récents dans le domaine des nanosciences s’appuient fortement sur les microscopies à sondes locales. Le principe à la base de ces techniques consiste à positionner une sonde effilée à proximité d’une surface sur laquelle est adsorbé l’objet étudié. La quantité sondée peut être le courant tunnel entre la surface et la pointe, comme c’est le cas pour la plus ancienne de ces techniques, la microscopie à effet tunnel (STM), une force dans le cas de la microscopie à force atomique (AFM) ou un champ proche optique. Ces techniques ont été initialement développées pour l’imagerie à l’échelle atomique, mais elles ont évolué rapidement vers la manipulation contrôlée d’atomes et de molécules. Elles constituent aujourd’hui une interface entre l’expérimentateur et le nanomonde. L’invention du microscope à effet tunnel (S.T.M.) au début des années 80 a ouvert la voie à de nombreuses techniques expérimentales de caractérisation des surfaces à l’échelle du nanomètre (microscopie à force atomique (A.F.M.), à effet tunnel photonique (P.S.T.M.), à champ proche optique (S.N.O.M.), par émission d’électrons balistiques (B.E.E.M.), ...). Ces dispositifs expérimentaux sont le siège de nombreux phénomènes physiques fondamentaux qui font de ces outils de caractérisation de véritables sujets de recherche en physique fondamentale. En effet la jonction sonde-échantillon possède des caractéristiques physiques uniques : confinement, rupture de symétrie, présence d’un champ électrique intense, d’ondes électromagnétiques évanescentes, reconstructions structurales de surfaces, présence de modes oscillatoires localisés, ... C’est l’étude de ces phénomènes physiques inédits qui fait l’objet de nos travaux de recherche.

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La microscopie à force atomique en mode non-contact : Imager les surfaces isolantes La microscopie à force atomique en mode “non-contact” ou “modulation de fréquence” utilise le décalage de la fréquence de résonance du cantilever sous l’effet de l’interaction pointe-surface pour contrôler la distance pointe-surface. Le cantilever est maintenu en oscillation par une boucle à rétroaction positive et à amplitude constante. Cette technique est bien adaptée aux cantilevers à grand facteur de qualité utilisés sous ultra vide. Elle permet d’atteindre la résolution atomique sur des surfaces métalliques, semi-conductrices ou isolantes. Notre objectif principal est d’imager et de manipuler des molécules individuelles sur des surfaces isolantes en vue d’applications en électronique moléculaire et en nanosciences. Trois têtes d’AFM travaillant sous ultra vide sont opérationnelles au CEMES : -Une tête VT AFM/STM (Omicron Nanotechnology) modifiée pour autoriser des expériences de nanostencil dynamique - Une tête RT AFM/STM (Omicron Nanotechnology) dédiée aux études de NC-AFM à haute résolution. Cette tête a été considérablement améliorée en remplaçant la source de lumière originale par un laser supraluminescent. - Une tête LT-STM modifiée pour autoriser des expériences en NC-AFM (Qplus). Nous utilisons le STM et l’AFM pour conduire des expériences sur des molécules individuelles adsorbées sur des surfaces propres à l’échelle atomique. Ceci impose de travailler dans un environnement d’ultra vide. Des molécules sont conçues et synthétisées au sein du groupe pour la réalisation d’expériences particulières.

 

Financement

MolSiC (ANR), ARTIST (EU project), ATMOL (EU project)