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.
Laboratoire de Physique, ENS-Lyon, France