Atoms and Nanostructures: Atomic Lithography apparatus and Optical response of sub-wavelength appertures
Atomes et Nanostructures:
Dispositif de lithographie atomique et Réponse Optique d'ouvertures sub-longueur d'onde
Résumé
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 \emph{via} self assembled monolayers. After a
study of each step of the process, we have investigated the use of
different types of material masks to realized sub-micron features
on the gold substrate. We have achieved feature sizes down to 250
nm, this resolution being limited by the size of the material
mask.
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 subwavelength 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 of the elementary
processes at play in those devices and can be compared to
theoretical models.
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 \emph{via} self assembled monolayers. After a
study of each step of the process, we have investigated the use of
different types of material masks to realized sub-micron features
on the gold substrate. We have achieved feature sizes down to 250
nm, this resolution being limited by the size of the material
mask.
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 subwavelength 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 of the elementary
processes at play in those devices and can be compared to
theoretical models.
Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes à l'aide d'objets
nanostructurés. Deux études expérimentales liées à cette
thématique 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 souce a été
appliquée à la lithographie atomique de film d'or \emph{via} des
monocouches moléculaires auto-assemblées. Après une
caractérisation des différentes étapes du procédé, nous avons
employé des masques matériels pour graver des motifs de taille
sub-micrométrique sur la surface 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-l'ongueur d'onde dans des films minces
métalliques. Nous avons d'abord mis en place un dispositif
d'imagerie par microscopie de fluorescence qui nous a permis de
cartographier le champ lumineux mis en forme par une fente \SLO
entourée par des sillons périodiques. Pour mieux comprendre les
méchanismes en jeu dans la transmission de la lumière par ces
éléments, les propriétés de structures simples on été étudiées par
interférométrie en champ lointain. Les résultats quantitatif
obtenus permettent une description phénoménologique des procédés
élémentaires en jeu dans ces éléments qui peut être comparée aux
modèles théoriques.
nanostructurés. Deux études expérimentales liées à cette
thématique 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 souce a été
appliquée à la lithographie atomique de film d'or \emph{via} des
monocouches moléculaires auto-assemblées. Après une
caractérisation des différentes étapes du procédé, nous avons
employé des masques matériels pour graver des motifs de taille
sub-micrométrique sur la surface 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-l'ongueur d'onde dans des films minces
métalliques. Nous avons d'abord mis en place un dispositif
d'imagerie par microscopie de fluorescence qui nous a permis de
cartographier le champ lumineux mis en forme par une fente \SLO
entourée par des sillons périodiques. Pour mieux comprendre les
méchanismes en jeu dans la transmission de la lumière par ces
éléments, les propriétés de structures simples on été étudiées par
interférométrie en champ lointain. Les résultats quantitatif
obtenus permettent une description phénoménologique des procédés
élémentaires en jeu dans ces éléments qui peut être comparée aux
modèles théoriques.
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