La révolution des microscopies en champ proche

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1 La révolution des microscopies en champ proche Benjamin Grévin CR-CNRS UMR 5819 SPrAM CEA-CNRS-UJF CEA-Grenoble INAC/SPrAM Bactéries 1 à 10 microns Virus 20 à 450nm Rayon des atomes 0.1nm Distances inter-atomiques dans les molécules 1nm

2 I Introduction aux microscopies en champ proche

3 a) La microscopie à effet tunnel

4 La microscopie à effet tunnel (STM) G. Binnig & H. Rohrer IBM Zürich Prix Nobel en 1986

5 La jonction à effet tunnel: comment ça marche? v

6 Réalisation d une image STM: principe de base

7 room_temperature/stm_1 (dvt. depuis 1987)

8 Du prix Nobel aux expériences «de routine» B. Grévin et al. UMR5819 (2007)

9 b) La microscopie à force atomique

10 La microscopie à force atomique (AFM) Image d après F.J. Giessibl Rev. Mod. Phys. 75, 949 (2003).

11 AFM : principes de base, mode contact 180nm 10nm

12 AFM en mode intermittent Dispositif micropointes AFM B. Grévin Dispositif micropointes R. Baptist et coll. Copolymères auto-assemblés Image d après Ph. Leclère et al. Adv. Mater. 12, 1042 (2000). ADN Image d après N. Severin et al. Nano. Letters. 4, 577 (2004).

13 AFM non contact sous vide Image d après Y. Sugimoto et al. Nature 446, (2007). M. A. Lantz et al. Phys. Rev. Lett. 84, (2000).

14 Faire de l AFM avec un quartz de montre F.J. Giessibl Appl. Phys. Lett (2000). A. Bettac et al. Nanotechnology (6pp) (2009).

15 Vers la résolution «ultime» Pentacene sur Cu(111), Qplus AFM/STM, UHV, 5K. L. Gross et al. Science. 325, (2009).

16 STM: électrons «délocalisés» AFM: électrons «de cœur» v

17 II Microscopie en champ proche à Grenoble

18 Quelques microscopes du pôle Grenoblois

19 AFM et STM aux conditions ambiantes D. Mariolle & N. Chevalier CEA-LETI/MINATEC Plusieurs systèmes AFM aux conditions ambiantes dans les laboratoires Grenoblois CEA, CNRS, INPG, UJF

20 STM et AFM sous ultra-vide J.Y. Veuillen & P. Mallet CNRS Institut Néel B. Grévin UMR5819 CEA-CNRS-UJF CEA-Grenoble INAC/SPrAM Plusieurs systèmes STM et/ou AFM UHV RT et VT au CNRS-LTM, CNRS-Institut Néel, CEA- INAC, CEA-MINATEC, ESRF..

21 STM et AFM aux très basses températures (T<100mK) Cryostat : inverted dilution H. Courtois et al. CNRS Institut Néel C. Chapelier et al. CEA-INAC/SPSMS

22 Physique aux (très) basses températures

23 Imagerie des propriétés supraconductrices du diamant sous champ magnétique par spectroscopie STM Réseau de vortex désordonné (H = 1200 Oe) 1,5 1,5 µm² Chaque tâche brune indique la position d un tube de flux magnétique quantique (h/2e) B. Sacépé, et al., Phys. Rev. Lett. 96, (2006) C. Chapelier et al. CEA-INAC/SPSMS

24 Dispositifs supraconducteurs : études par STM combiné à l AFM V STM S = Al S = Al N = Cu I bias C. Winkelmann, H. Courtois, Th. Quaglio et al H. Courtois et al. CNRS Institut Néel

25 Opto-électronique & conversion photovoltaïque

26 Caractérisation locale du dopage dans les nanofils de ZnO par AFM à pointe conductrice 1µm Couche tampon ZnO Al 2 O 3 µ-tip AFM tip nm 174 Hauteur (nm) nm Topographie Nanofil ZnO Polymère dc/dv (Unit. Rel.) 9.92 V V n n+ p+ p 500 nm SCM Conductivité induite de type p à l interface ZnO/polymère dans les nanofils non dopés effet de l encapsulation E. Romain-Lattu et al., JAP, accepté. LETI/DOPT-DPTS N. Chevalier & D. Mariolle LETI/DPTS

27 Etude de cellules solaires «plastiques» par AFM en très haute résolution sous ultra vide E. Spadafora et al., soumis pour publication B. Grévin & R. Demadrille UMR5819 CEA-CNRS-UJF

28 Nano-fabrication et manipulations en champ proche

29 Fabrication de dispositifs par nano-lithographie AFM Jonction tunnel oxydation contrôlée d une couche mince (métal, Silicium, Graphène, etc ) sous la pointe d un AFM Single Electron Transistor SQUID V. Bouchiat (CNRS -Institut Néel)

30 Dépôt assisté par nanostencilpiloté par QplusAFM : du concept O. Vazquez-Mena, Nano Letters 8, (2008) EVAPORATION SUBSTRATE B. Grévin UMR5819 CEA-CNRS-UJF

31 à la réalisation M. Brun et al., LETI/DOPT B. Grévin UMR5819 CEA-CNRS-UJF, projet ONDIEMO ANR PNANO2006

32 Nano-manipulations à retour d effort (nano-pince Haptique) F. MarchiInstitut Néel CNRS & ESRF, projet PIANHO, ANR P3N

33 F. Marchi Le «Nanolearner» Plateforme NanomondeCIME-Nanotech/UJF -INPG

34 Merci à toute l équipe des Midis Minatec à mes collègues du SPrAM et à tous nos collaborateurs à V. Bouchiat, N. Chevalier, C. Chapelier, H. Courtois, S. Huant, F. Marchi, D. Mariolle, et à leurs collaborateurs. et à tous les collègues Genoblois du champ proche

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