DOSSIER
OPTOMéCANIQUE
EXPLORER
LA NANO-OPTOMÉCANIQUE
AVEC DES NANOFILS SUSPENDUS
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Michael CROQUETTE , Francesco FOGLIANO , Chao ZHANG , Cattleya DOUSSET , Lucas JUDÉAUX , Benjamin BESGA , Antoine REIGUE , Benjamin PIGEAU , Olivier ARCIZET *
Institut Néel , CNRS et Université Grenoble Alpes , 25 rue des martyrs 38000 Grenoble * olivier . arcizet @ neel . cnrs . fr
L ’ utilisation de nanorésonateurs mécaniques ultrasensibles de taille sub-longueur d ’ onde permet de cartographier la structure du champ électromagnétique à petite échelle grâce à la mesure des forces et des gradients de force qu ’ il génère . En mesurant optiquement les vibrations transverses de nanofils suspendus en carbure de silicium , il est possible d ’ établir le champ de force produit par un faisceau laser focalisé ou par un seul photon peuplant une microcavité , mais aussi par les champs électrostatiques à la surface de nanostructures métalliques . https :// doi . org / 10.1051 / photon / 202412742
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DES SONDES DE FORCE VECTORIELLES ET ULTRASENSIBLES Les nanofils employés sont en carbure de silicium ( SiC ), un semi-conducteur à grand gap présentant peu d ’ absorption dans le visible . D ’ une longueur typique de 100 µ m , ils sont collés à l ’ extrémité d ’ une pointe métallique qui permet de les manipuler et de positionner finement leur extrémité vibrante , de diamètre sub-longueur d ’ onde ( 100- 400 nm ), dans le champ lumineux ou le champ de force à explorer . Leur indice de réfraction élevé ( 2.7 ) leur permet d ’ héberger des résonances optiques internes , les résonances de Mie , qui structurent fortement l ’ interaction lumière-nanofil . Elles sont responsables des couleurs vives observées au microscope en lumière blanche , voir la figure 1 , que nous exploitons pour déterminer leur diamètre . Selon les expériences envisagées , on peut souhaiter exacerber l ’ interaction lumière-nanofil – un nanofil rouge interagira fortement avec un laser He-Ne - ou au contraire opérer dans des régimes peu intrusifs , en utilisant de plus petits diamètres .
Suspendus à une extrémité , les nanofils vibrent transversalement à leur axe , et leurs propriétés mécaniques dépendent essentiellement de la géométrie : en ajustant leurs dimensions , nous avons été amenés à travailler avec des modes propres de vibration oscillant entre 1 kHz et 10 MHz . En travaillant sous vide afin de supprimer les pertes acoustiques induites par l ’ air , les facteurs de qualité obtenus atteignent alors typiquement 10000 à température ambiante , ce qui leur confère une sensibilité en force élevée , de quelques attonewton ( 10 -18 N ) en 1s d ’ intégration . De plus ,
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