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Séminaires LAPP
Le bruit thermique : un outil pour explorer la micro et nano-mécanique
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Europe/Paris
Auditorium M. Vivargent (LAPP)
Auditorium M. Vivargent
LAPP
Annecy-Le-Vieux
Description
Pour répondre à des besoins croissants d'efficience dans l'utilisation de l'énergie comme d'intégration de multiples fonctionnalités dans les produits grand public, l'industrie de la microélectronique et des systèmes micro-mécaniques est lancée depuis de nombreuses années dans un course effrénée à la miniaturisation. L'un des principaux points limitants dans les avancées technologiques aujourd'hui est le faible nombre d'outils de caractérisation et de manipulation des objets aux échelles nanométriques. Sur un plan plus académique, l'étude de ces systèmes est également motivée par de nombreuses questions fondamentales de mécanique quantique ou physique statistique, tel que les interactions à l'échelles mésoscopique ou l'effet et le rôle des fluctuations dans ces systèmes.
La conception et réalisation d'un microscope à force atomique (AFM) à haute résolution de force au sein de notre laboratoire fournissent un instrument original pour sonder ces questions fondamentales et leurs applications avec une précision au meilleur niveau. En effet, la mesure de la déflexion de la sonde de force (levier micrométrique) se base dans notre outil sur un interféromètre différentiel à quadrature de phase, offrant une résolution jusqu'au fm/rtHz pour une gamme d'entrée de plusieurs microns, améliorant d'un facteur 10 à 100 la sensibilité et la gamme d'entrée des appareils commerciaux.
Nous utilisons cet outil pour sonder le comportement mécanique de micro et nano-sytèmes tels que des micro-leviers AFM ou des nanotubes de carbone en contact avec un substrat. Au cours de l'exposé, je montrerai comment le bruit thermique de ces systèmes, loin de constituer une limitation à notre précision de mesure, nous permet d'extraire des informations physiques sur les propriétés élastiques (module de Young ou de cisaillement) ou sur les interactions à l'échelle nanométrique.
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Exploring micro and nano-mechanics through thermal fluctuations
Abstract :
For decades, miniaturization has led to ever more integrated and energy efficient devices, challenging micro-electronics and mechanics industries. A major issue to overcome nowadays is the lack of characterization and manipulation tools at the nanometer scale. On the academic side, many fundamental questions of quantum mechanics and statistical physics are still open at such small scales, like the description of mesoscopic interactions or the role of fluctuations.
The design in our laboratory of an AFM (Atomic Force Microscope) with high resolution in force led to an original instrument to tackle these fundamental questions and their applications, with a world leading precision. Indeed, using a quadrature phase differential interferometer, we can measure the deflexion of the force sensor (micro-cantilever) with a fm/rtHz resolution in a several μm input range, a 10 to 100 fold improvement of both sensitivity and range with respect to commercial systems.
We use this tool to investigate the mechanical behavior of micro and nano-systems such as AFM cantilevers or carbon nanotubes in contact with a substrate. During the presentation, I will demonstrate how thermal noise in these systems, far from being a limitation to the precision of the measurement, allows us to extract physical data on the elastic properties (Young's modulus or shear modulus) or on the interactions at nanoscale.