Emission photonique en microscopie à effet tunnel dans l'air

par Valérie Sivel

Thèse de doctorat en Physique des solides

Sous la direction de Jacques Beauvillain.

Soutenue en 1994

à Toulouse 3 .

mots clés

• Spectroscopie de réflectance
• Photons
• Microscopie tunnel à balayage
• Surfaces (physique)
• Photonique
• Effet tunnel

Résumé

Des photons émis dans le confinement de la jonction or-or d'un microscope à effet tunnel (stm) fonctionnant dans l'air, ont été mis en évidence et détectés. Cette lumière permet d'une part, l'enregistrement de l'image photonique de la surface, parallèlement à l'image tunnel et d'autre part, l'acquisition d'un spectre en longueur d'onde qui permet de connaître la dispersion en énergie des photons émis. Les images photoniques et tunnel, qui ont sensiblement la même résolution (le nm), mettent en évidence une corrélation entre le rendement photonique local et la topographie de la surface. Les spectres font état d'une émission variant d'une surface à l'autre, d'une pointe à l'autre, mais toujours située dans la gamme des 0,8-1 mm. Un processus supplémentaire vient perturber cette émission: l'application d'une tension positive, supérieure à 1,80 v, entre la surface et la pointe, altère durablement l'émission sur la zone balayée. Cet état persiste si on diminue la tension et l'émission ne réapparaît qu'après l'application d'une tension négative sur la surface. Ce processus permet notamment de créer des marques sur les images photoniques. D'une taille de l'ordre du nanomètre, ces marques sont riches en informations sur la pointe et son environnement. Nous avançons une interprétation du phénomène étudié, basée sur une commutation moléculaire impliquant le retournement des molécules d'eau adsorbées sur la surface, selon le sens du champ électrique applique. Nous proposons enfin un calcul simplifié modélisant le phénomène

Titre traduit

Photon emission by scanning tunnelling microscopy in air

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