Atomes et nanostructures : dispositif de lithographie atomique et réponse optique d'ouvertures sub-longueur d'onde

Atoms and nanostructure : atomic lithography setup and optical response of subwavelength apertures

• Auteur / Autrice : Guillaume Gay
• Direction : John Weiner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique atomique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Lithographie par faisceau d'électrons

Nanostructures

Couches monomoléculaires

Matériaux nanostructurés

Propriétés électroniques

Mots clés libres

Jet atomique

Mélasse optique

Ouvertures sub-longueur d'onde

Nano-lithographie

Microscopie de fluorescence

Couches monomoléculaires auto-assemblées

Plasmon polariton de surface

Résumé

Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes à l'aide d'objets nanostructurés. Deux études expérimentales ont été menées. La première a été consacrée à la mise en place d'un jet de césium intense refroidi transversalement par mélasse optique et à sa caractérisation. Cette source a été appliquée à la lithographie atomique de films d'or. Nous avons obtenu des trous de 250 nm de diamètre, cette résolution étant limitée par la taille des masques employés. Le deuxième ensemble d'expériences concerne la réponse optique d'ouvertures sub-longueur d'onde dans des films minces métalliques. Nous avons mis en place un dispositif d'imagerie par microscopie de fluorescence qui nous a permis de cartographier le champ lumineux issu d'une entourée de sillons périodiques. Les propriétés de structures simples on ensuite été étudiées par interférométrie. Les résultats quantitatifs obtenus permettent une description phénoménologique qui peut être comparée aux modèles théoriques.

This thesis is concerned with cold atoms manipulation with nanostructured objects. Two series of experiments linked with this topic were driven. In the first one we have implementated and caracterised an intense atomic beam transversaly cooled by optical molasses. This source was used in lithography experiments to pattern gold films. We have achieved feature sizes down to 250 nm. In a second group of experiments, we have studied the optical response of sub-wavelength apertures in metallic thin films. We have first developped a microscopy fluorescent imaging setup used to map the optical field shaped by slits flanked by periodical grooves. To gain understanding on the physics of light transmission by these elements, we have then performed systematical studies of the optical properties of simple subwavelength apertures by far field interferometry. The quantitative results obtained allow a phenomenological description which can be compared to theoretical models.