Pierdomenico Paolino, PhD Thesis, \u00c9cole Normale Sup\u00e9rieure de Lyon (2008)<\/p>\n\n\n\n
hal: tel-00423692<\/a><\/p>\n\n\n\n En microscopie \u00e0 force atomique (AFM), l’\u00e9tude des \u00e9chantillons est r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l’aide d’une pointe mont\u00e9e sur un microlevier. Le coeur de la technique est la mesure de la force d’interaction pointe-surface, directement proportionnelle \u00e0 la d\u00e9flexion du levier. Plus g\u00e9n\u00e9ralement, la compr\u00e9hension profonde des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des microstructures joue un r\u00f4le significatif dans le d\u00e9veloppement des microsyst\u00e8mes \u00e9lectrom\u00e9caniques (MEMS), ou encore de capteurs chimiques ou biologiques miniatures.<\/p>\n\n\n\n Au del\u00e0 du dispositif traditionnel de mesure de d\u00e9flexion angulaire, nous avons con\u00e7u et r\u00e9alis\u00e9 un AFM avec une d\u00e9tection interf\u00e9rom\u00e9trique diff\u00e9rentielle (entre la base encastr\u00e9e et l’extr\u00e9mit\u00e9 libre du levier). La r\u00e9solution ultime est de 10-14<\/sup> m\/Hz1\/2<\/sup>, la mesure est de plus intrins\u00e8quement calibr\u00e9e, indiff\u00e9rente aux d\u00e9rives thermiques lentes et sans limitation de la plage d’amplitude de la d\u00e9flexion. <\/p>\n\n\n\n Gr\u00e2ce \u00e0 notre dispositif, nous mesurons le bruit thermique le long du levier. Une reconstruction de la forme spatiale des quatre premiers modes propres en flexion r\u00e9v\u00e8le un excellent accord avec le mod\u00e8le de poutre de Euler-Bernoulli. Un ajustement simultan\u00e9 sur les quatre r\u00e9sonances thermiquement excit\u00e9es est r\u00e9alis\u00e9 \u00e0 l’aide d’un seul param\u00e8tre libre : la raideur du levier, qui est ainsi mesur\u00e9e avec une grande pr\u00e9cision et robustesse. <\/p>\n\n\n\n Les fluctuations thermiques de d\u00e9flexion \u00e0 basse fr\u00e9quence d\u00e9montrent qu’un mod\u00e8le d’oscillateur harmonique avec dissipation visqueuse n’est plus pertinent hors r\u00e9sonance. De plus, on observe des diff\u00e9rences substantielles entre les leviers avec et sans rev\u00eatement m\u00e9tallique. Pour ces derniers, l’approche hydrodynamique de Sader rend compte fid\u00e8lement du comportement des fluctuations en dessous de la r\u00e9sonance dans l’air. La pr\u00e9sence du rev\u00eatement introduit une deuxi\u00e8me source de dissipation : la visco\u00e9lasticit\u00e9. Elle se manifeste comme un bruit en 1\/f \u00e0 basse fr\u00e9quence. L’utilisation du Th\u00e9or\u00e8me Fluctuation-Dissipation (TFD) et des relations de Kramers-Kronig permettent une caract\u00e9risation compl\u00e8te de la r\u00e9ponse du levier \u00e0 l’aide des spectres de fluctuations. Une estimation quantitative de la visco\u00e9lasticit\u00e9 et de sa d\u00e9pendance en fr\u00e9quence est notamment obtenue.<\/p>\n\n\n\n