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Microscopie à Force AtomiqueCompte-rendu de physique expérimentale
sous la supervision de Ludovic Bellon
Antoine Bérut et David Lopes Cardozo
Décembre 2009
- levier encastré de 450x50x2 µm
Introduction : principe de l'AFM
- cartographie de l'échantillon → résolution ~ Å
- étude dynamique des interactions
Plan
I) Présentation du montage et objectifs
II) Excitation du levier par une force de contact à son extrémité
III) Excitation du levier par une force uniforme le long du levier
Montage
Objectifs
- force de contact à l'extrémité ~ ponctuelle : contact puis retrait pointe/surface
- force uniforme sur levier : brusque déplacement du support d'encastrement
Comparer sa déformation du levier à la prédiction théorique pour plusieurs excitations :
Décomposition en modes propres
Poutre encastrée-libre – équation d'Euler Bernoulli
Fréquences des premiers modes de notre levier :8600 Hz - 54 kHz - 157 kHz
Formes des4 premiers modes
propres→
Force de contact à l'extrémité du levier
Méthode
- Mesure de z(x,t) en différents x
- 10 réalisations par position
- Fréquence d'échantillonnage = 204 800 Hz
Problèmes
- Sur une mesure : 2nd mode au niveau du bruit→ nécessité de moyenner
Mais : - absence de trigger
- nécessité de synchroniser
- persistance d'un décalage
Profil statique
- Profil théorique : z x =F tip x
23L−x2k c L
3
Profil statique- En théorie : F tip=cste=z x
2kc L3
x2 3L−x
Mesures THFObjectif : Mettre en évidence une excitation
du 2nd mode propre
- Même principe d'excitation
- Fréquence d'échantillonnage : 5 MHz → pas de problème sur les moyennes
- 100 mesures à l'extrémité → réduction du bruit d'un facteur 10
Construction du diagramme temps-fréquence
Diagramme temps-fréquence
diagramme temps-fréquence de la déflexion, moyennée, filtrée passe-haut (30 kHz)
Amplitudes relatives des 2 premiers modes
Amplitudes théoriques :- A
1 = 97 % A
total
- A2 = 3,0 % A
total
Amplitudes RMS mesurées :- A
1= 99,6 % A
total
- A2 = 0,4 % A
total
→ Explication possible : Non reproductibilité des mesures + moyenne
Force uniforme sur le levier
Mesures à l'extrémité : diagramme temps-fréquence
Amplitudes relatives des trois premiers modes
Amplitudes théoriques :- A
1 = 98,5 % A
total
- A2 = 1,35 % A
total
- A3 = 0,15 % A
total
Amplitudes mesurées :- A
1 = 98,4 % A
total
- A2 = 1,30 % A
total
- A3 = 0,30 % A
total
Mesures le long du levier : enveloppe du second mode propre
Conclusion
- Problèmes principalement liés au traitement du signal et à la non reproductibilité des mesures
- Bonne concordance entre la théorie et les mesures
- Résultats quantitatifs retrouvés