Atomically defined tips in scanning probe microscopy - McGill Physics

RésuméDans ce travail, nous décrivons la fabrication sous ultra haut vide (UHV)d’un système à l’échelle nanométrique qui révèle le blocage de Coulomb à températurede la pièce, ainsi que sa caractérisation par microscopie à force électrostatiquesensible à un électron (single-electron sensitive electrostatic force microscopy,e-EFM). Le système est constitué de nanoparticules d’or séparées d’uneélectrode de Fe(001) par un film cristallin ultra mince de NaCl. Dû à la petitetaille des nanoparticules (3.5 nm maximum), le blocage de Coulomb est observableà température ambiante. Un cantilever de microscope à force atomique (MFA)est utilisé comme une grille électrique déplaçable pour charger individuellementles nanoparticules par le passage de charge élémentaire par effet tunnel à partirde l’électrode. Ce passage d’électron est détecté en mesurant simultanémentle changement de fréquence de résonance, ainsi que l’amortissement de l’oscillationdu cantilever. La technique e-EFM permet de contourner certaines limitationsinhérentes aux techniques de caractérisation basées sur la fabrication par lithographie.Toutefois, cette technique a été appliquée avec succès seulement à bassestempératures. Dans ce travail, nous étendons la technique e-EFM à températureambiante par un ajustement minutieux du design de l’échantillon et de sa fabricationen fonction de la réponse du cantilever de sorte à maximiser la sensibilité de lamesure.Pour croître une jonction tunnel définie à l’échelle atomique, nous étudionsla morphologie de couches minces de MgO et de NaCl sur une surface de Fe(001)par microscopie à force atomique non-contact et par diffraction d’électrons lents(Low Energy Electron Diffraction, LEED). Premièrement, nous démontrons quela qualité des couches minces de MgO, typiquement crûes sous UHV par évaporationsous faisceau d’électrons (electron-beam evaporation), peut être amélioréepar l’utilisation d’une méthode de déposition réactive qui donne un contrôle totalsur les espèces gazeuses présentes dans le faisceau d’évaporation. Deuxièmement,nous étudions l’effet de la température et de la présence d’oxygène sur la croissancedu NaCl sur une surface de Fe(001). Conséquemment, un protocole pour laiii