Etude et validation de nouveaux nano-émetteurs destinés à la microscopie optique en champ proche : développement de pointées fonctionnalisées

One of major problems not yet solved in scanning near-field optical microscopy is the choice of the optimal emitter or sensor. Among the developed techniques, the use of metal probes led to the highest resolutions. The drawback of these nano-probes fabricated with metallic wire, is their opacity. A hybrid solution combining a transparent medium and a metal layer, for example a metallized optical fibre tip, present the double interest for the guiding of the light, and at the same time, for the existence of a specific field confinement. However these widely used nano probes present many disadvantages, the main of wich is the limited quantity of transmitted or collected light. The introduction of the functionalized tip concept is developed in this work, in order to circumvent this deficiency, optimizing the electromagnetic transfer from or to the apex tip, by a proper segmentation of the metal layer. This is the transposition of the segmented antenna principle in the domain of the optical wavelength. This work constitutes the beginning of a large subject of research relating to the fonctionalization of the probes intended for near-field microscopy. In this work, we carried out the case of a metallic nanoring according to theoretical and experimental parallel approaches. The theoretical study is based on numeric simulations using a commercial code related to the space-time finite differences FDTD method, and on the analytical modal approach of an infinite metallic cylinder. For the experimental part, we set up nanometric manufactoring processes of rings assisted by conventional electronic lithography. Finally we propose an original process combining electronic lithography and argon ion etching, in order to overcome the limits of resolution imposed by the performances of equipment (SEM mainly). All the fabrications were performed at MIMENTO, the center of technology of FEMTO-ST Institute.Un des problèmes majeurs et non encore résolu en microscopie optique champ proche est le choix de l'émetteur ou du capteur optimal. Parmi les techniques développées, l'utilisation de sondes métalliques a conduit aux résolutions les plus élevées. L'inconvénient de ces nano-sondes réalisées à partir de fil métallique, est leur opacité. Une solution hybride combinant un milieu transparent et une couche métallique, par exemple une fibre optique taillée en pointe et métallisée, présente l'intérêt à la fois du guidage de la lumière et de l'existence d'un certain confinement du champ lumineux. Toutefois ces nano-sondes, largement utilisées, présentent de nombreux inconvénients dont le principal est la faible quantité de lumière transmise ou captée. L'introduction du concept de pointe fonctionnalisée est envisagée dans ce travail afin de remédier à cette carence, en optimisant par segmentation adéquate de la couche métallique, le transfert électromagnétique de ou vers la pointe. Il s'agit ni plus ni moins de la transposition dans le domaine optique du principe de l'antenne segmentée. Ce travail constitue le début d'un vaste sujet de recherche portant sur la fonctionnalisation des sondes destinées à la microscopie champ proche. Nous avons réalisé dans cette étude le cas d'un anneau métallique nanométrique suivant deux approches, théorique et expérimentale, menées en parallèle. Pour l'approche théorique, nous nous sommes appuyés sur des simulations numériques à partir d'un code de calcul commercial basé sur des différences finies spatio-temporelles FDTD, et sur une approche analytique modale d'un cylindre métallique infini. Pour la partie expérimentale, nous avons mis en place des procédés de fabrication d'anneaux nanométriques assistée par lithographie électronique classique et nous proposons un procédé original qui combine la lithographie électronique et une attaque ionique argon, afin de surmonter les limites de résolution imposées par les performances de nos appareillages (MEB). Toutes ces techniques ont été réalisées au sein de la centrale de technologie MIMENTO de l'Institut FEMTO-ST