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38 2.5 Pinces optiques : nano-manipulation
Fig. 2.3 : Plusieurs nano-particules de natures différentes sont déposées sur un substrat
plan en verre. La pointe au-dessus de la surface balaye celle-ci afin d’obtenir une image
optique de l’échantillon étudié, ce qui permet de localiser et caractériser les différentes
particules en présence.
donc de localiser les particules de différentes natures déposées sur le substrat (voir annexe 4
page 140). 29
Figure 2.4 montre l’évolution de la force optique quand la pointe métallique du microscope
approche une sphère de taille nanométrique a = 10 nm déposée sur un substrat
de verre. En mode TE la sphère n’est pas du tout attirée par la pointe [Fig. 2.4(b)], alors
qu’en mode TM quand la pointe est suffisamment proche de la sphère (z < 25 nm), l’exaltation
du champ électromagnétique à l’extrémité de la pointe, crée une force positive qui
va attirer et soulever la sphère : Fig. 2.4(a) et sa vignette.
La procédure pour manipuler des nano-particules est la suivante :
– le faisceau incident est polarisé en mode TE et la pointe balaye le substrat pour
faire une image optique de l’échantillon, afin de localiser et sélectionner la particule
souhaitée.
– la pointe est amenée au-dessus de la particule sélectionnée, et le faisceau incident est
polarisé en mode TM. La pointe s’approche alors de la particule pour la capturer.
– la pointe soulève la particule et peut la déplacer à sa nouvelle position.
– en repassant en polarisation TE la particule est de nouveau posée sur le substrat.
Le grand avantage de cette procédure par rapport à la proposition de Novotny et al. 27
est la possibilité de pouvoir choisir la particule à piéger, et de la déplacer à l’endroit
désiré. Notons que les particules à manipuler peuvent être aussi bien diélectriques 30 que
métalliques, 31 comme montré annexe 4 page 144 et page 155. Si la sphère en verre est
remplacée par une sphère de même taille mais en or, avec un éclairement correspondant à
la résonance plasmon de celle-ci, la force exercée par la pointe sur la particule quand elles
sont en contact est alors proche de 200 pN, soit 50 fois plus qu’avec une particule en verre.
A noter que la configuration étudiée pour manipuler de petites particules, peut aussi
être utilisée pour contrôler l’exaltation (en amplitude et en fréquence) du champ électromagnétique
autour de la particule. En effet en jouant sur la nature de la pointe, de la