Principe du dispositif Snom-Raman développé à Nantes

Parmi les configurations possibles, nous avons opté pour des sondes dites « ouvertes » utilisées en mode collection. Le dispositif mis en place est composé d’un microscope en champ proche (NSOM ou SNOM) afin de maintenir l’extrémité de la nanosonde à proximité de la surface. Le microscope possède une régulation d’asservissement basée sur la technologie dite « Shear force » et d’un spectromètre Raman. Une chaîne de mesures optiques constituée d’un photomultiplicateur (Hamamatsu), d’un photocompteur, amplificateur et d’un discriminateur pour réaliser l’imagerie optique vient compléter ce montage.

 

 

 

Apex d’une fibre gravée et nettoyée (non métallisée)

 

 

Un des points clés pour la réussite d’un tel projet est la réalisation des sondes optiques. Pour cela, nous avons mis en place un protocole précis de fabrication de ces pointes. Une étude se poursuit afin d’obtenir simultanément une bonne résolution spatiale et la transmission d’une intensité lumineuse importante. La préparation des fibres optiques est une étape essentielle pour ce genre d’équipement. Les paramètres d’attaque chimique, de nettoyage, de métallisation et de nano-ouverture sont maintenant maîtrisés.

 

Les extrémités des sondes sont obtenues par gravure chimique et présentent un angle d’ouverture du cône de 15° à 20° et un diamètre extrême d’environ 50 nm. Un procédé plasma à géométrie originale nous a permis de nettoyer la surface des pointes puis de les métalliser par le dépôt d’une couche ultra-mince métallique, homogène et opaque. L’intérêt de ce procédé de pulvérisation cathodique consiste essentiellement en la suppression du mouvement de rotation de la sonde lors du dépôt, la faible quantité de matière utilisée (Ag, Al, …) et la excellente compacité du film malgré son épaisseur d’environ 50 nm. Pour une utilisation en mode collection, les nanosondes sont alors ouvertes à l’extrémité par érosion électrolytique ou par une décharge électrique très localisée. Le dispositif permet ainsi la réalisation de nanosondes de diamètre d’ouverture à l’extrémité inférieur à 100nm.

 

 

 

Nano-ouverture en extrémité de fibre optique

 

 

Sur la base des résultats expérimentaux, nous avons développé un modèle numérique, basé sur le calcul de la transmission de la lumière à travers une ouverture de dimension inférieur à la longueur d’onde et pour une géométrie fidèle aux pointes réalisées. Des calculs de la lumière transmise ou collecté par la fibre et ceci en fonction de la polarisation de la lumière incidente, et de sa longueur d’onde sont réalisés. Nous montrons comment cette confrontation expérience-simulation est intéressante pour une meilleure compréhension et une meilleure prédiction des résultats expérimentaux obtenus par microscopie optique en champ proche.

 

 

 

Flux de puissance simulé émis par les nanosondes en fonction de son diamètre d’ouverture.

 

 

Plus précisément, dans ce travail nous insistons sur l’influence des différents paramètres géométriques de la sonde en fonction des propriétés de la lumière (polarisation, énergie).

 

 

Image optique en champ proche de nanofils de polyparaphénylène vinylène

 

 

Exemple de spectres de diffusion Raman de cristaux de polydiacétylène enregistrés sur le montage nano-Raman.

 

 

 

Dans ce projet, l'aspect Matériaux intervient à plusieurs titres. D'une part les matériaux choisis nous fournissent nos objets d'étude. Pour cela, nous avons choisi des matériaux "modèles" que nous connaissons bien à l'échelle macroscopique, mais qui sont aussi de très bons candidats pour une première analyse spectroscopique en champ proche, notamment à travers leur très forte réponse Raman (éventuellement à travers les effets de résonance). A titre d’exemple, nous présentons quelques images des mesures expérimentales obtenues en champ proche optique à réalisées sur notre dispositif.