Microscopie à force atomique : utilisation d'intermodulation dans des expériences d'approche de surface - Le microscope à force atomique

J'ai enfin décidé de vous parler de ce que je fais. Pas d'équations pour cet article, je vais essayer de rester compréhensible.

Revenons aux fondamentaux. Le monde est constitué de petites boules de quelques dixièmes de nanomètres de diamètre, des atomes. Mais qu'est ce qu'un nanomètre ? Un nanomètre correspond à un milliardième de mètre, un mètre divisé par un milliard. Pour vous faire une idée de ce que ca représente, il faut savoir qu'il y a le même rapport de taille entre une orange et la Terre, et entre un atome et cette même orange. Vous n'arrivez pas à  vous l'imaginer ? Bah moi non plus, figurez vous. C'est comme un Jérome Kerviel incapable de se représenter ce que les milliards d'euros avec lesquels il joue représentent... Mais dans notre cas, c'est pas super important. Imaginez vous des oranges, ou des billes.

Bref, il faut savoir que ces petites boules, ces atomes donc, constituent le monde. Ils ne se voient quasiment pas les uns les autres dans les gaz, tandis que dans les liquides, ils interagissent, glissent les uns sur les autres. Dans les solides, et c'est ce qui nous intéresse ici, ils sont fortement liés, à tel point qu'ils ont une position bien définie, et qu'ils n'en bougent pas. Des physiciens essaient, par divers moyens, de trouver leur agencement au coeur même des solides. C'est utile pour connaître les propriétés mécaniques de ceux ci par exemple.

Il est aussi intéressant de savoir ce qui se passe aux extrémités des solides. En effet, les atomes situés juste sur la surface verront un monde très différent de ceux positionnés plus profondément. L'explication est assez simple. Les seconds voient la même chose dans toutes les directions, tandis que les premiers voient des choses différentes selon qu'ils regardent en haut ou en bas. On a à faire à des environnements, et donc des comportements bien différents. Par ailleurs, les surfaces peuvent accueillir des catalyseurs, ce qui signifie en gros accélérateurs, pour des réactions chimiques ; c'est ce qui se passe, si mes souvenirs sont bons, dans les pots d'échappement de vos voitures. Enfin, pour faire rentrer un milliard de transistors sur les puces de vos téléphones portables, il faut les miniaturiser, à tel point que leur taille atteint maintenant quelques dizaines de nanomètres. Tout cela pour dire qu'il est nécessaire de développer des outils permettant de scanner très précisément les surfaces.

Plusieurs instruments ont été développés dans les dernières décennies. L'un d'eux est le microscope à force atomique. Je pourrais vous en faire une description sur plusieurs paragraphe, mais j'ai trouvé une vidéo sympa sur le site du CEA. Le mieux, c'est que j'utilise le même microscope qu'eux (oui, parce qu'il  y a plusieurs types de microscopes à force atomiques, plusieurs entreprises qui en construisent...), juste que moi, je m'en fous un peu de la résistance de mes surfaces. Pour information, 

AFM = Atomic Force Microscope, le nom anglais de la chose.

Macroscopique = à notre échelle

http://www.cea.fr/technologies/les_microscopes/le_microscope_a_force_atomique_afm_simple_et

Prenez vous 3 minutes, c'est pas trop long. Le plus important, pour les non physiciens en tout cas, c'est le tout début. L'idée de base, est de maintenir une distance constante entre la pointe et la surface, et ainsi, on peut reconstituer, à partir des mouvements du levier, la topographie précise de cette surface.

Bon, ca, ca a été mis au point en 1988. Dans les années qui ont suivi, les scientifiques se sont rendus compte qu'au lieu de maintenir le microlevier à une distance constante de la surface, on pouvait aussi le faire osciller, et faire taper la pointe sur celle ci très rapidement. On peut toujours reconstituer la topographie, parce que les oscillations vont être atténuées si on approche le microlevier de la surface. Donc, en étudiant la force de ces oscillations, on peut savoir à quelle distance on est, et donc savoir si il y a une "montagne", un "creux", etc. en dessous. Faire osciller a d'autres avantages, mais plus techniques.

J'espère que vous avez au moins compris jusqu'à la vidéo. La fin, c'est juste du bonus. La prochaine fois, je sortirai quelques équations, celles du TD de Courty. Ensuite, je commencerai à expliquer ce qu'est l'intermodulation, à quoi ca nous sert ici, et enfin, ce qu'est une expérience d'approche.