Contribution theorique et experimentale a la microscopie thermique a sonde locale : calibration d'une pointe thermoresistive, analyse des divers couplages thermiques

par SEVERINE GOMES

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Grossel.

Soutenue en 1999

à Reims .

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  • Résumé

    Ces travaux reposent sur la caracterisation de la mesure avec un microscope thermique a sonde locale. Le principe de positionnement de la pointe thermoresistive alors utilisee est celui employe dans les microscopes a force atomique en mode contact et force constante. La pointe-sonde est chauffee par effet joule et sa resistance electrique (donc sa temperature) est gardee constante par un systeme d'asservissement de la tension qui lui est appliquee. Le controle de cette tension permet de cartographier les variations locales de la quantite de chaleur cedee par la pointe a son environnement. Cette quantite de chaleur comprend celle cedee a l'echantillon ; l'imagerie du contraste des proprietes thermiques d'echantillons est alors possible. Nous avons etudie ce dispositif et developpe une procedure de determination de la temperature moyenne de la pointe. A partir d'experiences, nous avons determine les conditions experimentales les plus favorables a l'extraction et a l'analyse de l'information concernant les proprietes thermiques d'echantillons. Nous avons etudie le bilan energetique de la pointe pour mieux comprendre la mesure. En l'absence d'echantillon, nous avons mis en evidence un gradient thermique le long de la pointe. Ce gradient revele l'importante contribution de la conduction thermique vers le support de la pointe aux pertes de chaleur de cette derniere. Notre etude du couplage thermique pointe-echantillon montre la participation de la convection naturelle, de la conduction thermique a travers de le gaz environnant, de la conduction thermique a travers le film d'eau et de la conduction thermique solide-solide a l'echange de chaleur entre la pointe et son environnement. Elle montre egalement une variation du mecanisme de transfert de chaleur en fonction de la nature de l'echantillon. L'analyse de resultats experimentaux a l'aide du modele previsionnel que nous avons developpe revele une forte dependance a la conductivite thermique de l'echantillon de la quantite de chaleur cedee par la pointe a son support. Une etude theorique generale en regime alternatif d'excitation d'une pointe est egalement proposee. Celle-ci s'inscrit dans la volonte d'etablir des relations previsionnelles caracterisant les effets des differents parametres sur la resolution laterale d'une pointe.


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Informations

  • Détails : 200 p.
  • Annexes : 167 ref.

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
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