Effet de champ sous éclairement ultra-bref "Application à la sonde atomique" - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Field effect under ultra-short laser pulsing "application to atom probe"

Effet de champ sous éclairement ultra-bref "Application à la sonde atomique"

Jonathan Houard

Résumé

Many analytical techniques and structuring techniques of materials are based on the interaction between light and a tip with a sub-wavelength end (nanometric tip). Laser assisted atom probe tomography (La-APT) is one of these techniques. A femtosecond laser pulse (1015s), focused on a tip-shape sample, triggers field evaporation of atoms that are at the end of the tip. This newly invented technique allows tomographic analysis of metals, semi-conductors and insulators. However, the exact physic of field evaporation assisted by ultrashort laser pulses remains unknown. This work presents experiments and modelling which show and explain phenomena occurring in La-APT. Experiments conducted on a dedicated atom probe equipped with tuneable laser (polarization, energy, wavelength...) show that a new ultrashort thermal effect (< 50ps) is mainly responsible of field evaporation in La-APT. Moreover, this technique allows access to the dynamic of the heating and cooling of the tip irradiated by ultrafast laser pulses with a smaller time and spatial scale than many other techniques. Absorption properties of sub-wavelength tips are deduced with these new results. A multiphysic modelling has been developed and allows the link between absorption and La-APT results. That allows optimizing laser assisted atom probe.
De nombreuses techniques d'étude ou de structuration des matériaux sont basées sur l'interaction entre la lumière et une pointe dont l'extrémité est sub-longueur d'onde (pointe nanométrique). La sonde atomique tomographique (La-APT) est une de ces techniques. Un laser à impulsions femtosecondes (1015s), focalisé sur un échantillon mis sous la forme d'une pointe nanométrique, déclenche l'évaporation par effet de champ des atomes situés à la surface de l'extrémité de la pointe. Cette technique, mise au point récemment, permet l'analyse tomographique à l'échelle nanométrique de matériaux aussi bien métalliques que semi-conducteurs voir isolants. Cependant, la nature exacte du phénomène d'évaporation par effet de champ assistée par des impulsions lasers ultracourtes était méconnue. Ce travail présente une série d'expériences et de modélisations ayant pour but de montrer et d'expliquer les différents phénomènes se produisant. Les expériences réalisées au sein d'une sonde atomique équipée d'un laser entièrement paramétrable (longueur d'onde, polarisation, énergie...) montrent qu'un phénomène thermique ultrarapide (< 50ps) est principalement impliqué dans l'évaporation par effet de champ observé en La-APT. De plus, cette technique permet d'avoir accès à la dynamique de chauffage et de refroidissement de l'extrémité d'une pointe nanométrique éclairée par des impulsions laser femtoseconde, et cela à une échelle spatiale et temporelle beaucoup plus fine que de nombreuses autres techniques. Cela permet de déduire les propriétés d'absorption d'une pointe nanométrique. Une modélisation multiphysique a été développée et permet de faire le lien entre les propriétés d'absorption et les résultats en La-APT. Cela permet d'optimiser grandement l'instrument.
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Dates et versions

tel-00607299 , version 1 (08-07-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00607299 , version 1

Citer

Jonathan Houard. Effet de champ sous éclairement ultra-bref "Application à la sonde atomique". Matière Condensée [cond-mat]. Université de Rouen, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00607299⟩
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