Nouvelles approches pour la nano-caractérisation, et la micro- et nano-robotique par sondes locales

Travaux de Recherche de 2005 à 2012.The development of the Scanning Tunnelling Microscope (STM), and after the Atomic Force Microscope (AFM) in the 80's represent the most significant breakthrough of Nanosciences, else its true starting point. Since 1991, Atomic Force Microscopy has been used successfully to investigate the biological world. The versatility of the instrument allowed to study different biological objects from the isolated protein to cells' tissue in their living environment. Recently, an increasing interest rose up for a transition from micrometric scanning probes to nanometric scanning probes in order to increase the acquisition data rate, to improve the minimal detection force and to open the avenue for High Speed characterization. Some of these problematics have been partially resolved with new High Speed AFM prototypes, but with limited image resolution and with limited scanning range (<1 micron). Furthermore, these techniques need the use of AFM cantilevers smaller to tens of micrometres to keep high detection sensitivity with high resonance frequency in the order of the megahertz and even more. So, today, the conventional optical lever detection of AFM arrives to its diffraction limits to implement probes with dimensions of few light wavelengths. New methods of detection for the scanning probes or even new kind of scanning probes have to be realized and optimized for the next generation of scanning probe instruments. In this context, a panorama of works giving some ways of answer to these new problematics of characterization, of handling, and of fabrication at the nanometre and micrometer scales by the use of new scanning probes instruments will be exhibited in this manuscript.Le développement de la microscopie à effet tunnel (Scanning Tunneling Microscopy, STM), et ensuite de la microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy, AFM), dans les années 80 a représenté la percée la plus significative des nanosciences, sinon leur vrai point de départ. Depuis 1991, la microscopie de force AFM a été exploitée avec succès pour l'étude du monde biologique. La polyvalence de l'instrument a permis l'étude de différents objets biologiques de la protéine isolée aux tissus de cellules dans leur environnement de survie. Récemment, un intérêt croissant est né pour une transition de sondes locales micrométriques vers des sondes nanométriques pour augmenter les taux d'acquisition de données, améliorer la résolution de détection en force et ouvrir la voie à des caractérisations à très haute vitesse. Certaines de ces problématiques de vitesse ont été partiellement résolues avec l'arrivée d'un certain nombre de prototypes de microscope AFM "Ultra-Rapides", mais au détriment d'un faible nombre de pixels et d'une excursion spatiale limitée (< 1 micron) du scanner de balayage. De plus, ces techniques nécessitent l'utilisation de microleviers AFM plus petits que la dizaine de microns pour conserver une haute sensibilité de détection en force avec de hautes fréquences de fonctionnement de l'ordre du megaHertz ou plus. Ainsi, la détection optique conventionnelle par faisceau arrive aujourd'hui à ses limites pour implémenter des sondes dont les dimensions ne sont que de l'ordre de quelques longueurs d'onde. De nouvelles méthodes de détection du mouvement de la sonde AFM, ou même de nouveaux types de sondes AFM doivent donc être mis en œuvre et optimisés pour la prochaine génération d'instruments à sonde locale. Dans ce contexte, un panorama de travaux apportant des réponses à ces nouvelles problématiques de caractérisation, de manipulation, et de fabrication aux échelles micro- et nanométriques aux moyens de nouveaux instruments à sondes locales sera exposé dans ce manuscrit