Imagerie et spectroscopies en champ proche optique

Imagerie et spectroscopies en champ proche optique : de
la nano-sonde `a la caract´erisation de mat´eriaux
Marc Chaigneau
To cite this version:
Marc Chaigneau. Imagerie et spectroscopies en champ proche optique : de la nano-sonde `a
la caract´erisation de mat´eriaux. Physique [physics]. Universit´e de Nantes, 2007. Fran¸cais.
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UNIVERSITÉ DE NANTES
FACULTÉ DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES
_____
ÉCOLE DOCTORALE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DES MATÉRIAUX
Année 2007
Imagerie et spectroscopies en champ proche optique :
de la nano-sonde à la caractérisation des matériaux
___________
THÈSE DE DOCTORAT
Discipline : Physique du solide
Spécialité : Sciences des matériaux
Présentée
et soutenue publiquement par
Marc CHAIGNEAU
Le 12 décembre 2007, devant le jury ci-dessous
Président
Rapporteurs
Examinateurs
M. LEFRANT SERGE, Professeur d’Université, NANTES
M. HUANT Serge, Directeur de recherche CNRS, GRENOBLE
M. LAMY de la CHAPELLE Marc, Professeur d’Université, PARIS
M. BELMONTE Thierry, Directeur de recherche CNRS, NANCY
M. LOUARN Guy, Maître de Conférences, NANTES
M. MINEA Tiberiu, Chargé de Recherche CNRS, ORSAY
M. HUMBERT Bernard, Professeur d’Université, NANCY (invité)
Directeur de thèse : Guy LOUARN, Institut des Matériaux Jean Rouxel, Nantes
Co-encadrant : Tiberiu MINEA, Laboratoire de Physique des Gaz et Plasmas, Orsay
N° ED 0366-337
N° attribué par la bibliothèque

SOMMAIRE
INTRODUCTION 3
CHAPITRE I : LES ONDES EVANESCENTES :
INTRODUCTION ET APPLICATIONS
I. 1 INTRODUCTION 7
I. 2 ONDES EVANESCENTES DE FRESNEL
I. 2.1 Vecteur d’onde de l’onde évanescente 8
I. 2.2 Polarisation de l’onde évanescente 10
I. 3 VERS LA MICROSCOPIE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE
I. 3.1 Résolution d’un microscope optique 11
I. 3.2 Relation d’incertitude d’Heisenberg 13
I. 3.3 Limites de l’onde évanescente 14
I. 3.4 Diffraction d’une onde plane par un objet 14
I. 3.5 Microscopie optique en champ proche 18
I. 3.6 Applications de la microscopie optique en champ proche 20
I. 4 ONDES EVANESCENTES ET LA RÉSONANCE DES PLASMONS DE SURFACE
I. 4.1 Plasmons de volume et plasmons de surface 21
I. 4.2 Relation de dispersion des plasmons de surface 22
I. 4.3 Couplage entre plasmons de surface et onde évanescente 24
I. 4.4 Application de la résonance de plasmons à la détection de molécules 26
REFERENCES 28

CHAPITRE II : REALISATION DE NANO-SONDES SNOM
II. 1 ETAT DE L’ART SUR LA REALISATION DE NANO-SONDES SNOM A PARTIR
DE FIBRES OPTIQUES 33
II. 1.1 Effilage d’une fibre optique 33
II. 1.2 Métallisation de la pointe et création de la nano-ouverture in situ 36
II. 1.2.1 Evaporation Thermique 36
II. 1.2.2 Ouverture par ombrage 37
II. 1.3 Procédés d’ouverture ex situ 37
II. 1.3.1 Ouverture par « scratch » ou « punching » technique 37
II. 1.3.2 « Focused Ion Beam » technique 38
II. 1.3.3 Ouverture par attaque chimique 38
II. 1.3.4 Ouverture par érosion électrolytique solide 38
II. 1.4 Perspectives. Bilan sur l’état de l’art 39
II. 2 REALISATION DE NANO-SONDES SNOM A PARTIR DES PROCEDES
DE LA LITTERATURE 39
II. 2.1 Résultats de gravure par la Méthode « Turner » 39
II. 2.2 Métallisation par évaporation thermique 40
II. 2.2.1 Dispositif expérimental 40
II. 2.2.2 Résultats de métallisation par évaporation 41
II. 2.3 Réalisation de la nano-ouverture par érosion électrolytique 42
II. 2.3.1 Préparation de l’électrolyte 42
II. 2.3.2. Etat de surface de l’électrolyte- Analyse AFM 43
II. 2.3.3 Composition chimique de l’électrolyte- Analyse EDX 44
II. 2.3.4 Transmission optique 45
II. 2.3.5 Dépôt de l’électrode par évaporation thermique 46
II. 2.3.6 Dispositif expérimental et érosion électrolytique 46
II. 2.3.7 Résultats d’ouverture par érosion électrolytique 49
II. 2.4 Ouverture par nano-indentation 50
II. 2.4.1 Dispositif expérimental 50
II. 2.4.2 Résultats d’ouverture par indentation 52
II. 3 BILAN SUR LA REALISATION DES SONDES SNOM UTILISANT
LES PROCEDES DE LA LITTERATURE 54
REFERENCES 55