Instrumentation pour la Métrologie des Transferts d'Energie Thermique aux Nanoéchelles – NanoMétrETher

NanoMétETher s'inscrit dans le cadre de la création récente d'une nouvelle thématique de recherche au CETHIL destinée à promouvoir les activités prometteuses et émergentes de jeunes chercheurs. Opération transversale au sein de la thématique TTMNE, il vise le renforcement des synergies naissantes entre les axes de recherche Microscopie Thermique à Sonde locale et Modélisation du Transfert Thermique aux Micro Nano Echelles du CETHIL. Les nanotechnologies ont permis ces dernières années la confection de pointes SPM équipées de jonction thermocouple de quelques dizaine de nm de taille. Depuis 1986, les travaux d'équipes américaines, japonaises et européennes attestent de la vitalité des recherches pour le développement de la technique au niveau international. En France, la micropointe thermique développée par Dinwiddie et al. en 1994 est principalement utilisée. Des progrès dans le domaine doivent être réalisés. Quoi qu'il en soit que mesure-t-on avec ces nanopointes thermiques? Bien que les mécanismes de transfert thermique entre une pointe et un échantillon aient déjà été étudiés, les interactions thermiques et leur dépendance à la géométrie de la pointe, à la chimie des surfaces et autres facteurs n'est pas encore élucidée du fait du manque de sensibilité et de précision des pointes utilisées et de modèles du nanocapteur dans son environnement de mesure trop simplifiés. Pour répondre à cette question fondamentale, NanoMétETher vise à étudier très précisément par AFM l'impact de la chaleur sur les phénomènes électriques utilisés pour mesurer la température par contact à l'échelle macroscopique ; ceci afin d'être capable de définir et fabriquer le premier démonstrateur d'une nanosonde innovante et de caractéristiques thermique, électrique et mécanique optimisées pour la microscopie thermique à sonde locale. Pour ce faire, le projet comprend trois parties principales concernant respectivement le développement: -d'un nouveau capteur AFM utilisant un nanofil électriquement conducteur comme pointe. Ceci implique l'élaboration d'un nanofil spécifique utilisé comme guide de la chaleur à l'échelle nanométrique et son intégration à un bras de levier AFM auto chauffant. - d'études expérimentales du potentiel de contact entre une nanopointe et un échantillon auto-chauffant avec le mode électrique de l'AFM KFM dans des conditions environnementales contrôlées de telle sorte que l'analyse précise de l'interaction thermique soit possible. - d'études théoriques des propriétés thermophysiques et de l'interaction thermique au contact pointe-échantillon pour l'estimation de la température effective du contact. En parallèle, un travail plus prospectif concernera l'élaboration, la fonctionnalisation et l'optimisation d'une nouvelle structure nanocable pour la mesure ultra-localisée de température. Le travail sera réalisé à travers trois actions inter corrélées, traitant spécifiquement l'installation et l'optimisation du banc de mesure, l'analyse des mesures et la modélisation. Action1: Fabrication, caractérisations structurale, chimique et mécanique des pointes. Cette action devrait être finalisée avant la fin dela troisième année du projet. Action 2: Mesures pour caractériser l'interaction en champ proche à l'échelle nanométrique. En plus de l'installation du banc AFM requis pour cette étude, de nombreuses campagnes de mesures seront réalisées durant tout le projet. Action 3: Prédiction théorique de la réponse des nanopointes. Des outils tels que la Dynamique Moléculaire, les calculs ab initio seront développés pour étudier et prédire le comportement thermique des nanoobjets nanostructurés utilisés, durant les deux premières années du projet. La mise en œuvre utilisés, durant les deux premières années du projet. La mise en œuvre d'un modèle prédictif de la mesure permettra ensuite, et ce jusqu'à la fin du projet, l'analyse des données expérimentales. Mené dans le cadre des activités du groupe Nanofils et Nanotubes (LMI, LPMCN et CETHIL) et du CLAM