Mesure des déformations et des contraintes dans un système nano-électromécanique.

27 février 2012

Une équipe de physiciens de l’Institut Néel (CNRS, Grenoble) a mis au point une méthode optique permettant de mesurer les déformations et les contraintes mécaniques d’une membrane composée d’une dizaine de couches de graphène.


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Les nouveaux dispositifs nano-électromécaniques (NEMS) sont des candidats très prometteurs pour la réalisation de sondes ultrasensibles de force, ou de résonateurs mécaniques très haute fréquence. La conception et l’amélioration de ces dispositifs nécessitent de mesurer précisément les comportements mécaniques et dynamiques des matériaux qui les composent. Il est notamment crucial de déterminer les contraintes mécaniques locales au sein de ces nano-résonateurs, la dissipation qui limite leur coefficient de qualité et les effets de fatigue qui altèrent leurs propriétés avec le temps. Une équipe de physiciens de l’Institut Néel à Grenoble, vient de mettre au point une technique optique non invasive permettant à la fois de sonder la dynamique d’un NEMS et de mesurer les contraintes associées. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Nature Nanotechnology.

Les physiciens grenoblois ont étudié une membrane épaisse d’une centaine de couches de graphène (< 30 nm), tenue d’un côté par une électrode et en surplomb au dessus d’un substrat de silicium oxydé. Les déplacements de cette surface étaient mesurés par une méthode interférométrique, et les contraintes détectées par spectroscopie. La spécificité de ce travail réside dans la détection de la résonance mécanique d’un NEMS par une méthode spectrale (Raman) qui ne se limite pas à la taille de l’objet, ouvrant ainsi à l’étude de systèmes de tailles en deçà de la limite de diffraction de la lumière.

: gauche : micrographie optique d’une membrane de graphène multicouche suspendu montrant les franges d’interférences permettant la détection du mouvement - droite : schéma de principe de l’expérience . Un faisceau Laser est focalisé sur un point de la membrane, la lumière réfléchie permet la mesure des mouvements de vibrations mais aussi des contraintes locales. © Institut Néel/CNRS-Grenoble

En savoir plus

A local optical probe for measuring motion and stress in a nanoelectromechanical system, Antoine Reserbat-Plantey, Laëtitia Marty, Olivier Arcizet, Nedjma Bendiab et Vincent Bouchiat, Nature Nanotechnology (2012)