Microscopie à Force Atomique -...

Microscopie à Force AtomiqueCompte-rendu de physique expérimentale

sous la supervision de Ludovic Bellon

Antoine Bérut et David Lopes Cardozo

Décembre 2009

- levier encastré de 450x50x2 µm

Introduction : principe de l'AFM

- cartographie de l'échantillon → résolution ~ Å

- étude dynamique des interactions

Plan

I) Présentation du montage et objectifs

II) Excitation du levier par une force de contact à son extrémité

III) Excitation du levier par une force uniforme le long du levier

Montage

Objectifs

- force de contact à l'extrémité ~ ponctuelle : contact puis retrait pointe/surface

- force uniforme sur levier : brusque déplacement du support d'encastrement

Comparer sa déformation du levier à la prédiction théorique pour plusieurs excitations :

Décomposition en modes propres

Poutre encastrée-libre – équation d'Euler Bernoulli

Fréquences des premiers modes de notre levier :8600 Hz - 54 kHz - 157 kHz

Formes des4 premiers modes

propres→

Force de contact à l'extrémité du levier

Méthode

- Mesure de z(x,t) en différents x

- 10 réalisations par position

- Fréquence d'échantillonnage = 204 800 Hz

Problèmes

- Sur une mesure : 2nd mode au niveau du bruit→ nécessité de moyenner

Mais : - absence de trigger

- nécessité de synchroniser

- persistance d'un décalage

Profil statique

- Profil théorique : z x =F tip x

23L−x2k c L

3

Profil statique- En théorie : F tip=cste=z x

2kc L3

x2 3L−x

Mesures THFObjectif : Mettre en évidence une excitation

du 2nd mode propre

- Même principe d'excitation

- Fréquence d'échantillonnage : 5 MHz → pas de problème sur les moyennes

- 100 mesures à l'extrémité → réduction du bruit d'un facteur 10

Construction du diagramme temps-fréquence

Diagramme temps-fréquence

diagramme temps-fréquence de la déflexion, moyennée, filtrée passe-haut (30 kHz)

Amplitudes relatives des 2 premiers modes

Amplitudes théoriques :- A

1 = 97 % A

total

- A2 = 3,0 % A

total

Amplitudes RMS mesurées :- A

1= 99,6 % A

total

- A2 = 0,4 % A

total

→ Explication possible : Non reproductibilité des mesures + moyenne

Force uniforme sur le levier

Mesures à l'extrémité : diagramme temps-fréquence

Amplitudes relatives des trois premiers modes

Amplitudes théoriques :- A

1 = 98,5 % A

total

- A2 = 1,35 % A

total

- A3 = 0,15 % A

total

Amplitudes mesurées :- A

1 = 98,4 % A

total

- A2 = 1,30 % A

total

- A3 = 0,30 % A

total

Mesures le long du levier : enveloppe du second mode propre

Conclusion

- Problèmes principalement liés au traitement du signal et à la non reproductibilité des mesures

- Bonne concordance entre la théorie et les mesures

- Résultats quantitatifs retrouvés