Modélisations et Expérimentations en Microscopie à Force Atomique Dynamique en Ultra Vide - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Modeling an Experiments in Dynamic Force Microscopy in Ultra High Vacuum

Modélisations et Expérimentations en Microscopie à Force Atomique Dynamique en Ultra Vide

Résumé

It was almost fifteen years since the Dynamic force microscopy (DFM or Dynamic AFM) was born (Albrecht, 1991). Since the first atomic resolution image (F. J. Giessibl, 1995), progress in this near field technique allows nowadays to manipulate atoms at room temperature (Oyabu, 2005) on metallic or insulator surfaces. Understanding the behavior of this complex machine and improving the settings of the many control blocks is one of the objective of this thesis work. For this purpose, an analytical formalism coming from the non linear Automatism methods (J. Ch. Gille, 1956) will be introduce to treat in an natural way the feedback loops of the machine and also to treat the tip-surface interaction as a transfert function. A powerful numerical tool will validate our theoretical approach. In a second step, the essential role of the probe and its caracterization will be treat through a simple experimental original method. This method is based on the study of the changes of the resonance properties of the oscillating probe above insulator and metallic surfaces. The conservative forces at long range like electrostatic or van der Waals forces will be measured. The short range forces essentially chemical interactions will be showed by the measurement of the dissipated energy by the oscillating probe against the tip-surface distance. We will finish this study by showing experimentally on a MoS2/gold clusters/octanedithiol molecules system the large versatility of the microscope. Indeed, this near field system thanks to its apparent complexity keeps a lot of degrees of freedom to the user to investigate a such physical and chemical device. Outlooks will be proposed to improve the stability and the capability of resolution of the tip which would allow to make perennial this near field technique.
La microscopie à force atomique (AFM) dynamique est née il y a maintenant presque quinze ans (Albrecht, 1991). Depuis la première image en résolution atomique (F. J. Giessibl, 1995), les avancées de cette technique de champ proche permettent aujourd'hui de manipuler des atomes à température ambiante (Oyabu, 2005) sur des surfaces conductrices ou isolantes. La compréhension du fonctionnement de cette machine complexe et l'optimisation des réglages des nombreux asservissements est un des objectifs de ce travail de thèse. A cette fin, un formalisme analytique provenant des méthodes de l'Automatique non linéaire (J. Ch. Gille, 1956) sera introduit pour traiter de façon naturelle les blocs de régulation de la machine mais aussi pour traiter l'interaction pointe-surface comme une fonction de transfert. Un outil numérique de simulation confirmera notre approche théorique. Dans un deuxième temps, le rôle capital de la sonde et sa caractérisation seront traités à travers une méthode expérimentale simple et originale. Cette méthode se base sur l'étude des changements des propriétés de résonance de la sonde oscillante sur des surfaces isolantes et conductrices. Les forces conservatives à longue portée du type électrostatique et van der Waals seront quantifiées. Les forces à courte portée essentiellement chimiques seront mises en évidence en mesurant la dissipation de la sonde oscillante en fonction de sa distance avec la surface. Nous finirons cette étude en montrant expérimentalement, sur un sytème MoS2/îlots d'or/molécules d'octanedithiol, la grande versatilité de ce microscope. En effet, cet appareil d'observation par sa complexité apparente laisse beaucoup de degrés de liberté à l'utilisateur pour aborder l'étude d'un tel système physicochimique. Des perspectives seront données pour améliorer la stabilité et le pouvoir de résolution des pointes qui permettraient de rendre pérenne cette technique de champ proche.
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tel-00009666 , version 3 (04-06-2017)

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  • HAL Id : tel-00009666 , version 3

Citer

Jérôme Polesel. Modélisations et Expérimentations en Microscopie à Force Atomique Dynamique en Ultra Vide. Physique [physics]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009666⟩
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