Sonde atomique tomographique et spectroscopie optique: une approche couplée – TAPOTER

L'objectif principal de ce projet, c'est le couplage de la Sonde Atomique Tomographique (SAT) et des techniques de spectroscopie optique de photoluminescence et d'absorption. L'ambition, c'est de répondre à des questions ouvertes concernant la physique de l'interaction laser ultrarapide-matière. Ce projet cible aussi le développement d'une nouvelle génération de sondes atomiques. La tomographie par sonde atomique se base sur l'émission contrôlée par effet de champ (ou "évaporation") des ions d'une pointe nanométrique. Dans la génération actuelle de sondes, ce processus est déclenché par une impulsion laser femtoseconde (fs). Les ions sont ensuite détectés par un détecteur sensible à la position et au temps de vol, ce qui permet de reconstruire la composition chimique 3D du nano-objet. Cette technique présente encore un certain nombre de questions ouvertes, concernant les complexes mécanismes d'interaction laser-matière et la physique de l'émission ionique de champ sous éclairement ultrarapide. Les mécanismes d'absorption dans les isolants, la relaxation de l'énergie accumulée par la pointe durant l'impulsion, la dynamique des atomes de surface sont des exemples de problèmes qui devraient être étudiés. De plus, l'interaction laser-matière et l'évaporation dépendent aussi de la forme et de la composition de l'objet étudié, ce qui introduit des aberrations des trajectoires des ions émis et limite ainsi la justesse de la reconstruction. Malgré ces limitations, la SAT est un instrument de nano-analyse qui va bien au-delà de la reconstruction 3D. Pour ces raisons, ce projet propose de développer des nouveaux outils expérimentaux afin d'étudier de façon plus approfondie les mécanismes d'interaction entre une impulsion laser fs et une pointe nanométrique dans un champ électrique intense. La méthode se base sur:
(i) L'étude de systèmes modèles tels des émetteurs quantiques semiconducteurs ou des nanoparticules métalliques dans une matrice diélectrique, sous forme de pointe d'émission de champ.
(ii) L'analyse complémentaire des mécanismes d'émission/absorption optique et d'émission ionique de champ, effectuée simultanément sur un nano-objet donné
Ces objectifs ne peuvent être atteint qu'à travers une phase préliminaire de développement instrumental, car il est nécessaire d'intégrer dans une sonde atomique les éléments nécessaires pour effectuer de la spectroscopie optique d'émission et d'absorption.
Ce projet a d'abord un intérêt fondamental, car il cible l'étude de phénomènes physiques à la nano-échelle dans des conditions (champ électrique intense, laser ultrarapide) qui n'ont pas encore été considérées. La méthode pour l'étude couplé des propriétés optiques et structurales par sonde atomique n'a jamais été proposée par d'autres équipes. Nous attendons donc des résultats inédits qui peuvent élargir les connaissances dans le domaine de l'émission ionique de champ, et possiblement de la physique et de la technologie des systèmes nanostructurés métalliques ou semiconducteurs. De plus, les compétences techniques qui vont être acquises par l'équipe dans la phase de développement instrumental se prêtent très bien à être valorisées en termes de propriété intellectuelle, par exemple à travers la soumission de brevets.
Les objectifs pourront être atteints grâce aux compétences de l'équipe d'instrumentation (ERIS) du Goupe de Physique des Matériaux (GPM) de l'Université de Rouen, et du coordinateur du projet, Lorenzo Rigutti, qui intègre cette équipe depuis septembre 2012 comme Maître de Conférences.