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Castanié, Fabien. Approches numérique et théorique du microscope à force atomique : interaction, dynamique et imagerie

Castanié, Fabien (2012). Approches numérique et théorique du microscope à force atomique : interaction, dynamique et imagerie.

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Résumé en francais

La microscopie à force atomique (AFM) est un outil puissant et polyvalent capable de réaliser des images avec une résolution sub-nanométrique d'un grand type d'échantillons, comme des surfaces de matériaux inorganiques avec ou sans molécules adsorbées, et d'opérer dans des environnements allant de l'ultra-haut vide (UHV) à l'interface solide/liquide. Parmi les différents modes existants, l'AFM en mode modulation de fréquence (FM-AFM) donne des résultats remarquables grâce à deux boucles de contrôle et une d'asservissement qui s'influencent mutuellement. En contrepartie, la compréhension du fonctionnement de la machine ainsi que l'optimisation de ses réglages s'avèrent délicates. De plus, cette difficulté est accentuée par l'interprétation souvent complexe liée aux phénomènes spécifiques à l'échelle nanométrique. Pour pallier ces difficultés, le travail de thèse a consisté en l'élaboration d'un AFM numérique (n-AFM) à partir d'un code de calcul conçu par L. Nony en langage C. Après une phase d'implémentation en Fortran 90 pour assurer portabilité et compatibilité avec d'autres programmes scientifiques, de nouvelles fonctionnalités ont été développées. Parmi celles-ci, un couplage avec un code de dynamique moléculaire (MD) a été réalisé afin de considérer les effets de température et de relaxation du système imagé. Ces développements du n-AFM ont permis de mettre en oeuvre différents régimes et modes d'utilisation à travers l'étude de plusieurs systèmes. En premier lieu, des molécules bi- et tri-dimensionnelles adsorbées ont permis d'éprouver la sensibilité et la stabilité du n-AFM en simulant un cantilever classique et un tuning fork. En deuxième lieu, la reconstruction de la surface 6H-SiC(3X3) a été étudiée à l'aide de la MD puis du n-AFM. Les images expérimentales de cette reconstruction révèlent un comportement atypique que nous nous sommes efforcés de comprendre et d'expliquer. Enfin, l'utilisation du n-AFM a été étendue à d'autres domaines que l'étude des surfaces et molécules. En particulier, nous avons modélisé et étudié en FM-AFM l'influence d'un défaut sur les parois d'une nano-pointe oscillant à l'interface air/liquide. Et nous avons enfin poursuivi par l'étude de l'influence, sur le comportement d'un AFM en mode modulation d'amplitude (tapping mode), de nano-films de liquide à la surface du système pointe-substrat.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Bouju, Xavier
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 :Microscope à force atomique - Interaction - Simulation - Modulation de fréquence - Modélisation - Dynamique moléculaire - Champ de force - Relaxation
Sujets :Physique
Déposé le :08 Apr 2013 13:37