Caractérisations des interactions entre une microsphère et une surface métalliques aux échelles nanométriques

par Gauthier Torricelli

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Joël Chevrier et de Fabio Comin.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les MEMS et NEMS (Micro et Nano ElectroMechanical Systems) connaissent un développement important notamment dans le cadre de la Nanomécanique. Le bon fonctionnement de ces MEMS/NEMS est soumis au contrOle des interactions de surfaces séparées par des distances de l'ordre de 100 nm à 1 micromètre. A cette échelle, les forces dominantes peuvent être de nature variée (Van der Waals, Casimir, électrostatique, magnétique,. . . ). Ce travail de thèse est consacré à l'étude expérimentale par AFM des interactions électrostatiques et de Van der Waals/Casimir entre une microsphère et une surface d'or. Une attention particulière a été apportée à la préparation et à la caractérisation des sondes (microsphère collée sur un microlevier). Ensuite, à partir de l'analyse du bruit et de la sensibilité du système de mesure, nous avons pu montré notre capacité à mesurer des forces faibles avec une résolution inférieure au piconewton. Par une détection statique, nous avons mesurée précisément des forces capacitives de l'ordre de quelques dizaines de pico newton et pour des distances comprises entre 100 et 500 nm. Nous avons mesuré et quantifié les effets de la déflexion du microlevier sur la détermination de la distance sphère-surface. Par des mesures dynamiques, nous avons étudié le couplage entre un oscillateur (sphère-microlevier) excité mécaniquement ou thermiquement et une surface sous l'effet de la force de Casimir. Enfin, les mesures en mode dynamique, nous ont permis d'aborder l'étude des mécanismes de dissipation associés aux interactions à longue distance. Nous avons ainsi observé la dissipation par couplage électromécanique.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Caracterisation of interactions beetwen a metallized microsphere and a metallic surface at nanoscales


  • Résumé

    MEMS and NEMS (Micro and Nano Electro-Mechanical Systems) presently undergo a wide development within the framework of the Nanomechanics. The efficient operation of these MEMS / NEMS requires the control and knowledge of fundamental interactions between surfaces separated by distances of the order of 100 nm to 1 micron. At this scale, dominant forces can have different origins (van der. Waals, Casimir effect, electrostatic, magnetic. . . ). This thesis presents an experimental study by AFM of the electrostatic and Van der Waals/Casimir interactions between a microsphere and a metallic surface. First, characterisation of the sensors that is based on a microsphere glued onto a cantilever beam is presented. Sensitivity of our measurements determined by noise analysis is shown to provid us with a resolution in the subpiconewton range. Ln static mode (Le. Cantilever deflection measurement), we have precisely measured capacitive forces of the order of few dozens of piconewton in the 100 to 500 nanometer range. We have also measured and quantified the cantilever deflection effects on the determination of the sphere-surface distance. By dynamic measurements (cantilever as an oscillator al resonance), we studied the coupling between the oscillator mechanically or thermally excited and a surface under the influence of Casimil effect. Finally, dynamic mode measurements allowed us to study dissipation mechanisms associated to long range interactions. For example, we have observed the damping induced by electromechanical coupling.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (254 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0063
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0063/D
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