Nano electro mechanical systems and interactions at the nanoscale

• Auteur / Autrice : Alessandro Siria
• Direction : Joël Chevrier, Hubert Grange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet Casimir

Hydrodynamique

Microscopie à force atomique

Résumé

Les Micro et Nano Electro Mechanical Systems (MEMS et NEMS) font partie des meilleurs candidats pour les mesures d'intéractions à l'échelle nanométrique. La résolution en force de l'ordre de l'attonewton a été exploitée avec succès aussi bien pour mesurer le poids de molécules uniques que pour la mesure du spin d'un électron unique. Les NEMS et les MEMS sont généralement des systèmes fabriqués à partir de composants sub-microniques l'un en face de l'autre. Lorsque leur distance atteint l'échelle sub-micronique, phénomenes généralement négligés, doivent être pris en compte lors d'applications microscopiques. Les intéractions mécaniques entre deux surfaces séparées de moins d'un micron sont régies par des forces qui, dans des systèmes macroscopiques, sont souvent négligeables. Dans ce travail de thèse, nous étudions les forces d'intéraction entre surfaces séparées par une distance allant de quelques nanomètres à plusieurs micromètres. Premierement nous traiterons du problème des forces hydrodynamiques agissant sur des micro-structures oscillantes en environnement visqueux. Nous montrerons que l'effet d'amortissement d'un fluide confiné dépend de la taille du confinement. Nous étudierons comment cet effet de confinement peut modifier les propriétés de cet oscillateur mécanique. Dans un second temps nous poserons le probleme des forces optiques agissant sur les micro-oscillateurs mécaniques. Par l'utilisation de l'absorption et de la diffraction des faisceaux de rayons X nous verrons que les effets habituellement observés en lumière visible le sont aussi par rayons X. Nous montrerons que les MEMS et potentiellement les NEMS sont des systèmes adéquats pour le développement de nouveaux outils pour les techniques de la lumiere Synchrotron. Enfin nous étudierons la radiation thermique entre deux surfaces à une distance micronique et sub-micronique où la contribution des composantes champs proche ne peuvent plus être negligées. Nous présenterons les mesures de radiation thermique entre deux surfaces de verres amenant une comparaison avec la theorie de la radiation thermique basee sur l'électrodynamique stochastique.

Micro and Nano Electro Mechanical Systems (MEMS and NEMS) are among the best candidates for the measurement of interactions at the nanoscale. Resolution in force in the range of attonewton has been successfully exploited for the weighting of single molecules or the measurement of the spin of a single electron. NEMS and MEMS are generally mechanical devices made from submicron components facing each other. When the distance between the components reaches the sub-micron scale, phenomena generally neglected during macroscopic applications have to be taken into account. For example, the interaction mechanisms between the two surfaces moving at sub-micron separations are mediated by forces that, in macroscopic devices, are often irrelevant. In this thesis work we study interaction forces between surfaces when the the gap separating them is in the range from tens of nanometers up to several micrometers. First we address the problem of hydrodynamic forces acting on micro-structures oscillating in viscous environment. We show that the effect damping of a confined fluid is depending by the gap size of the confinement cavity. We study how this confinement effect can modify the properties of the mechanical oscillator. Second we address the problem of optical forces acting on micro mechanical oscillators. Using absorption and diffraction of X-ray beams we will see that effects usually observed using visible light can also be observed using X-rays. We show that Micro and possibly Nano Electro Mechanical System can be suitable for developing new tools in the domain of Synchrotron light techniques. Finally we study the thermal radiation between surfaces when the gap is the micron and sub-micron scale where the contribution of near field components cannot be neglected. We show measurement of thermal radiation between surfaces of glass providing a comparison with the theory of thermal radiation based on stochastic electrodynamics.