Projet ANR-13-BS10-0012 – FOcUS : Nanofils Fonctionnalisés comme Détecteurs Ultra-sensible
Programme : Blanc - SIMI 10 - Nanosciences (Blanc SIMI 10) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Philippe PONCHARAL (Institut Lumière Matière)
Partenaires : Institut Lumière Matière; Institut Neel
Montant : 268160.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : L'objectif de notre projet est de développer et de populariser des sondes de forces ultrasensibles basées sur des nanotubes ou des nanofils oscillant détectés optiquement.
L'exploration du nanomonde nécessite des outils avancés pour mesurer et comprendre la grande variété de nouveaux phénomènes qui existe à cette échelle. Dans ce contexte les oscillateurs mécaniques ont joué un rôle clé, un exemple représentatif étant le microscope à forces atomiques (AFM) qui permet de convertir de très faibles forces en signaux mesurables. Obtenir des sensibilités encore plus fines permettrait d'apporter de nouvelles possibilités en nanosciences. Les oscillateurs nanomécaniques, avec leur masses ultra-faibles permettent des sensibilités en forces extrêmes, au niveau de l'atto-Newton, et ce, même à température ambiante, ce qui représente une amélioration de 6 ordres de grandeur comparée aux AFM commerciaux. Notre objectif est de profiter de la masse effective très faible et des bons facteurs de qualité des nanofils pour les utiliser comme sondes de force ultrasensibles. En utilisant un système optique de détection relativement simple, nous utiliserons les nanofils sondes pour étudier plusieurs problématiques fondamentales dans la détection de forces ultra-faibles : recul dû à l'émission d'un photon ou d' un électron, forces magnétiques proche d'un spin unique et forces optiques, sur des nano-objets adaptés.  
La géométrie particulière des nanofils et les multiples façons dont on peut les fonctionnaliser, par exemple en collant à leur extrémité libre un centre NV optiquement actif, ouvre un grand champ d'application comme sonde de force. Leur grand rapport d'aspect permet d'utiliser ces sondes dans des configurations inaccessibles aux sondes intégrées trop volumineuses. D'un point de vue plus pratique, notre but est aussi de développer des systèmes de mesures qui ne soient pas limités à des environnements cryogéniques et qui puissent être utilisés par une large communauté de scientifiques travaillant en nanoscience.
Pour atteindre des sensibilités ultimes, l'excitation, la réponse et la détection des résonateurs doivent être pleinement comprises et ces aspects posent d'ailleurs des problèmes scientifiques intéressant en soi. Nous prévoyons d'utiliser ces forces optiques et ces gradients de forces agissant sur les résonateurs pour étudier les effets mécaniques non-linéaires comme les couplages non-linéaires entre modes et les régimes d'auto-oscillations. De telles études pourraient avoir des retombées dans le domaine des sondes. Ces développements expérimentaux seront réalisés de pair avec des simulations numériques poussées basées sur des techniques d'éléments finis.
Le consortium consiste en deux partenaires complémentaires qui ont les compétences et les infrastructures  nécessaires dans tous les domaines.
P1 ILM-UCBL/CNRS (abv. ILM) : Coordination, préparation des résonateurs, caractérisation mécanique des nanofils, mesure des forces optiques, mesure de recul dû à un électron
P2 Institut Néel-CNRS (abv. NEEL) : caractérisation mécanique des nanofils, caractérisation des forces optiques, simulations numériques, mesures des forces magnétiques ou dépendant du spin.
L'ensemble ILM-Néel a déjà collaboré conjointement ce qui a donné lieu à un article paru dans Nature Physics. L'expérience et l'infrastructure des deux instituts est directement applicable dans le projet FOcUS.