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Fabié, Laure. Manipulation de liquide par microscopie à force atomique : méthode, applications et mécanismes de dépôt

Fabié, Laure (2011). Manipulation de liquide par microscopie à force atomique : méthode, applications et mécanismes de dépôt.

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Résumé en francais

La réalisation de dispositifs utilisant des nano-objets comme briques élémentaires nécessite des méthodes efficaces de dépôt contrôlé. C'est dans ce contexte que la technique NADIS (Liquid NAnoDISpensing) a été récemment développée. Elle consiste à déposer une solution liquide avec une pointe de microscope à force atomique dont l'apex est percé d'un nanocanal réalisé par faisceau d'ions focalisés. Le transfert est accompli par capillarité à travers cette ouverture lors du contact de la pointe sur la surface. L'optimisation de la technique nous a permis de déposer des volumes de l'ordre du femto- (10-15 L) ou de l'atto-litre (10-18 L) correspondant à une résolution ultime de 40 nm. La flexibilité de la méthode en termes de matériaux déposés a été démontrée par différents systèmes : des réseaux de spots de différentes protéines ont été créés et analysés par microscopie à fluorescence ; des nanoparticules ont été utilisées pour démontrer le dépôt d'objets individuels ; des nanogouttes de liquide ionique ont permis d'assurer la connexion fluidique de nanocanaux biologiques individuels. Ces exemples démontrent que la précision de la lithographie à sonde locale combinée à la manipulation de liquide fait de NADIS une technique performante et flexible qui peut donner lieu à de nombreuses applications en nanosciences. Au-delà de la structuration de surface, NADIS est un outil unique de manipulation de liquide à l'échelle sub-micrométrique qui a été mis à profit pour réaliser des expériences modèles de capillarité et de mouillage à ces dimensions : La force capillaire exercée sur la pointe par le nanoménisque durant le dépôt a été analysée en détail. Une méthode de simulation des courbes de force a été élaborée et a permis de reproduire l'ensemble des résultats expérimentaux, mettant en évidence une grande variété de comportements. Cette étude a donné des indications importantes sur le mécanisme de transfert du liquide, tout en fournissant un contrôle en temps réel du dépôt. L'étude de la taille des dépôts (spots ou lignes) a permis d'observer la dynamique d'étalement de liquide à l'échelle sub-micrométrique et pour des temps de l'ordre de la milliseconde, régime difficilement accessible par d'autres méthodes. Un modèle a été proposé pour interpréter les résultats expérimentaux, en particulier la loi de puissance r ~ t0,25 mise en évidence aux temps courts. Il reproduit quantitativement l'influence des différents paramètres validant ainsi un régime original d'étalement à pression constante.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Ondarçuhu, Thierry
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Nanolithographie - Liquide - Mouillage - Capillarité
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :02 Jul 2012 15:15