OPTOMéCANIQUE DOSSIER les nanofils se déforment de façon quasi identique selon les deux directions transverses , ce qui permet de mesurer non seulement la norme mais aussi l ’ orientation latérale des forces auxquelles ils sont soumis .
Pour mesurer les vibrations des nanofils , on a recours à des techniques de lecture optique . Un faisceau laser est focalisé grâce à un objectif de grande ouverture numérique sur l ’ extrémité vibrante du nanofil . En vibrant , ce dernier va moduler le champ diffusé et en particulier la fraction qui est collectée à travers l ’ objectif sur une photodiode à deux quadrants . En positionnant le nanofil un peu avant le waist optique et en mesurant la somme et la différence des deux photo-courants on peut alors mesurer ses vibrations parallèlement et perpendiculairement à l ’ axe optique du laser . Cette mesure bidimensionnelle permet alors de mesurer non seulement le bruit thermique du nanofil dans l ’ espace transverse , mais aussi sa réponse à une force externe , voir la Figure 1 . Ces mesures permettent d ’ identifier les deux modes propres transverses fondamentaux des nanofils , quasi dégénérés (< 1 %), qui oscillent dans des directions perpendiculaires et de les exploiter afin de mesurer des forces faibles , en bénéficiant d ’ une réponse mécanique accrue .
La connaissance des propriétés mécaniques du nanofil ( les fréquences , l ’ amortissement et les directions de vibrations des deux modes fondamentaux , ainsi que leur profil de déformation ) permet donc de déterminer la force subie par le nanofil à partir de la mesure des déformations induites . Cette mesure est particulièrement efficace et précise lorsqu ’ il est possible de moduler temporellement la force à étudier aux fréquences de vibrations du nanofil car on mesure alors directement la projection de cette force dans la direction des modes propres . Ce contrôle temporel est réalisable lorsqu ’ on étudie des forces optiques ou électrostatiques , en modulant simplement l ’ intensité des lasers ou des tensions d ’ échantillon , mais ce n ’ est pas toujours le cas , en particulier lorsqu ’ on étudie les forces de proximité , de type Van der Waals ou Casimir qui apparaissent à la surface de nanostructures .
Dans ce cas , à défaut de mesurer directement les forces , on va néanmoins pouvoir mesurer les gradients spatiaux de ces champs de force , en mesurant leur impact sur les propriétés
Figure 1 . Gauche : images de nanofils obtenues aux microscopes électronique et optique en lumière blanche . Centre : les vibrations du nanofil sont mesurées optiquement , grâce à un objectif de grande ouverture numérique . Droite : spectre de bruit du nanofil révélant ses deux modes propres transverses de vibration dont les directions propres peuvent être déterminées en modulant une force externe à la résonance de chacun des modes . En noir , le bruit thermique du fil en l ’ absence d ’ excitation . Carte de la force optique produite au sein du waist par un faisceau de 100 µ W .
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