Vers un microscope de force de Casimir : mesure quantitative de forces faibles et nanopositionnement absolu

• Main Author: Jourdan, Guillaume
• Language: fra
• Published: 2007
• Subjects: [PHYS] Physics; [PHYS] Physique; [PHYS:PHYS] Physics/Physics; [PHYS:PHYS] Physique/Physique; [PHYS:PHYS:PHYS_ATOM-PH] Physics/Physics/Atomic Physics; [PHYS:PHYS:PHYS_ATOM-PH] Physique/Physique/Physique Atomique; non contact AFM; bruits AFM; mesure de forces faibles; Energie du vide; fluctuations quantiques du vide; force de Casimir; Energie de point zéro du champ électromagnétique; action en retour; amortissement froid; calibration en force d'un microlevier
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00273933; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/27/39/33/PDF/These_GJ.pdf; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/27/39/33/ANNEX/soutenance_GJ.pdf

Les fluctuations quantiques de point zéro du champ électromagnétique (EM) produisent un effet mécanique remarquable entre deux objets macroscopiques, quelles que soient la forme et la nature de leurs matériaux : la force de Casimir, du nom du physicien hollandais qui en 1948 prédit l'existence d'une force attractive dans la configuration idéale de deux miroirs plans parfaits, neutres et parallèles. <br /> Depuis sa mise en évidence théorique, cet effet attire l'intérêt de communautés scientifiques d'horizons tous azimuts, des cosmologistes aux concepteurs de micro/nanosystèmes mécaniques en passant par les physiciens de la théorie quantique des champs et de la gravitation. Cette force qui se situe au coeur de nombreux problèmes actuels de physique théoriques, à l'interface de la physique de la gravitation et de la théorie quantique des champs (divergence de l'énergie du vide), joue en effet un rôle majeur dans le fonctionnement de nanosystèmes mécaniques en cours de développement, qui sont appelés dans les années futures à révolutionner toute l'industrie de la microélectronique. Les effets des conditions aux limites imposées au champ EM soulèvent en particulier de nombreuses interrogations sur le comportement de ce phénomène quantique. Son contrôle, par ce biais, constitue ainsi l'une des principales motivations du travail expérimental développé durant cette thèse : la conception d'un appareil de mesure de forces faibles entre deux surfaces de tailles micrométriques présentant une structuration à l'échelle du nanomètre en vue de l'étude de la force de Casimir. La sonde de force, développée au cours de la thèse de Gauthier Torricelli qui a lancé cette activité dans l'équipe Piconewton, est constituée d'une micropoutre au bout de laquelle est collée une sphère de quelques dizaines de micromètres de rayon et recouverte d'or.<br /> Cette thèse propose tout d'abord une caractérisation expérimentale et théorique de son comportement mécanique en présence de son environnement et des appareils de mesure qui l'entourent. La mise au point d'une procédure de calibration de force constitue ensuite une étape incontournable pour obtenir des mesures de forces absolues et ainsi réaliser des comparaisons théorie/expérience significatives.