Le montage initial, utilis´e lors de la th`ese de Fabien Silly, est calqu´e sur celui de Hanbury–Brown et Twiss. La lumi`ere ´emise par la jonction tunnel est collect´ee par un objectif de microscope puis envoy´ee de fa¸con sym´etrique sur deux photodiodes `a avalanche au moyen d’une lame s´eparatrice achromatique di´electrique 50/50. Celles–ci sont reli´ees aux entr´ees Start et Stop d’un CTA (TAC/SCA 567, EG&G ORTEC ; en anglais, TAC
signifie Time-to-Amplitude Converter).
Ce dispositif comportait deux inconv´enients majeurs : l’alignement se faisait direc- tement sur la zone sensible des d´etecteurs (de diam`etre 200 µm) et s’av´erait donc tr`es difficile. Pour y arriver, il ´etait primordial de bien imager la jonction. Il fallait donc utili- ser un objectif de microscope plutˆot que la lentille de collection habituelle, certes `a large ouverture mais assez fortement aberrante. Ainsi, l’angle solide de collection ´etait faible et on d´etectait peu de lumi`ere. Afin de r´esoudre ces deux probl`emes, nous avons rem- plac´e l’objectif de microscope par une simple lentille `a large ouverture et plac´e devant les photodiodes les petites lentilles mentionn´ees ch.3, qui permettent de travailler avec une zone sensible de d´etection ayant une taille virtuelle de 2 mm. Par contre, cet ajout a fait apparaˆıtre sur les histogrammes que nous enregistrions le ph´enom`ene dit de diaphonie (cf. fig.6.2). En effet, lorsqu’une photodiode `a avalanche re¸coit un photon, elle r´e´emet une impulsion lumineuse (due au principe d’avalanche sur lequel repose la conversion photon– ´electron de la photodiode). Apr`es r´eflexion sur la pointe de microscope par exemple, ces photons peuvent atteindre la seconde photodiode et ainsi engendrer de faux ´ev´enements centr´es autour de l’intervalle de temps nul. L’absence des petites lentilles, et donc de focalisation optimale de la lumi`ere issue de la jonction sur les d´etecteurs, avait permis d’occulter cet effet.
Les photons r´e´emis par les photodiodes ´etant principalement ´emis dans la gamme 700– 1000 nm [73] (cf. fig.6.3), leur spectre est superpos´e avec le signal de la jonction tunnel. Il semble donc, `a premi`ere vue, d´elicat de les ´eliminer avec des filtres car il y aurait une perte de signal. En revanche, nous avons dans un premier temps pens´e pouvoir s´eparer la lumi`ere issue de la jonction par polarisation.
Nous avons donc r´ealis´e le montage repr´esent´e fig.6.4. La lumi`ere ´emise par la jonction tunnel est collect´ee par une lentille de large ouverture, puis traverse un cube s´eparateur polarisant (trait´e pour avoir une transmission ≥ 85 % pour la polarisation p et 0 % pour la s sur la plage de longueur d’onde 620-1000 nm) et est finalement focalis´ee sur les d´etecteurs grˆace aux lentilles plac´ees devant la surface sensible des photodiodes. Ces
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1100 1000 900 800 700 600 500
λ(nm)
intensité
(u.a
.)
Fig. 6.3 – Spectre de la lumi`ere ´emise par une jonction Au(111)/Au dans le t´etrad´ecane `a Vech = 1,8 V (en rouge) et spectre des photons ´emis par une photodiode `a avalanche (en
noir, d’apr`es [73]).
derni`eres sont reli´ees aux entr´ees Start et Stop du CTA. Comme la lumi`ere ´emise par la jonction tunnel est polaris´ee rectilignement (`a la mani`ere de celle ´emise par un dipˆole oscillant), il est possible, moyennant une g´eom´etrie un peu compliqu´ee, d’envoyer 50 % de la lumi`ere sur chaque d´etecteur et ainsi d’optimiser le nombre d’´ev´enements potentiels.
Il s’est malheureusement av´er´e que la r´eflexion des photons parasites sur la jonction tunnel avait tendance `a modifier leur polarisation. On voyait donc encore un signal de diaphonie assez fort sur les histogrammes, dans la mesure o`u, par construction, tous les photons parasites d´epolaris´es atteignaient l’autre d´etecteur.
Il a donc fallu opter pour la s´election en longueur d’onde. Nous avions deux imp´eratifs : – perdre le minimum de signal utile, sachant que les spectres de la diaphonie et des
photons ´emis par la jonction tunnel sont superpos´es (cf. fig.6.3),
– envoyer, si possible, autant de signal sur chaque d´etecteur pour optimiser la pro- babilit´e d’enregistrer des ´ev´enements (maximale si on a 50 % du signal sur chaque d´etecteur).
APD2
(stop) (start)APD1
cube séparateur lentille STM
APD2
P
S
APD1
P
S
L
C
STM
Fig. 6.4 – Tentative d’´elimination de la diaphonie en s´eparant la lumi`ere ´emise par la jonction tunnel en polarisation. En haut : photo du montage. En bas : sch´ema de principe. La lumi`ere ´emise est polaris´ee rectilignement, comme indiqu´e sur le sch´ema. Elle est collect´ee `a l’aide d’une lentille L `a large ouverture, puis traverse un cube s´eparateur en polarisation C et est collect´ee `a l’aide des lentilles L1 et L2 sur les d´etecteurs (APD1 et
APD2). La g´eom´etrie du montage permet d’envoyer la composante P du signal sur une voie et S sur l’autre. Comme la lumi`ere ´emise par la jonction est polaris´ee lin´eairement, les d´etecteurs re¸coivent, avec cette configuration, chacun la moiti´e des photons.
Convertisseur Temps-Amplitude (CTA)
APD2
VCTAAPD1
Start Stop S SpF1
F2
Fig.6.5 – S´eparation de la lumi`ere en longueur d’onde pour ´eliminer la diaphonie. Sp est une lame dichro¨ıque transmettant les longueurs d’onde au del`a de 800 nm et r´efl´echissant celles inf´erieures `a 830 nm. F1 est un filtre passe–haut (λ > 830 nm) et F2 un filtre
La fig.6.3 montre la superposition du spectre des photons ´emis par une photodiode `a avalanche et de celui de la lumi`ere ´emise par une jonction Au(111)/Au dans le t´etrad´ecane (`a Vech = 1,8 V). Cette seconde courbe repr´esente l’´etendue spectrale typique des signaux
dont nous voulons ´etudier les corr´elations temporelles : le t´etrad´ecane est le solvant de base des ´etudes `a l’interface liquide–solide et nous utilisons en g´en´eral des tensions tunnel de l’ordre de 1,8 V. Si nous voulons obtenir deux faisceaux d’intensit´e ´egale sur chaque d´etecteur, sachant que le maximum d’efficacit´e de la photodiode est situ´e `a 800 nm, il faut discriminer les longueurs d’onde autour de 800 `a 850 nm. Nous avons donc plac´e deux filtres F1 et F2 devant chaque d´etecteur. Pour effectivement ´eliminer la diaphonie, il ne doit strictement pas y avoir de recouvrement de spectre entre la lumi`ere arrivant sur l’APD1 et l’APD2, mais la gamme spectrale de la zone de transition doit ˆetre la plus faible possible pour perdre un minimum de lumi`ere sachant qu’on est au niveau du maximum du spectre d’´emission. F1 et F2 sont donc respectivement un filtre passe–haut (λ > 830 nm) un passe–bas (λ < 800 nm). Leurs caract´eristiques exactes sont donn´ees annexe C. Finalement, afin d’augmenter le nombre de photons collect´es, la s´eparatrice utilis´ee est une lame dichro¨ıque transmettant parfaitement les longueurs d’onde λ > 830 nm et r´efl´echissant l’int´egralit´e du signal pour λ < 800 nm (cf. fig.6.5).
Notons que ce choix peut poser probl`eme si les corr´elations sont fonctions de la lon- gueur d’onde. Ceci est peu probable pour des jonctions m´etalliques mais peut ˆetre envi- sageable si on s’int´eresse `a la luminescence d’une mol´ecule par exemple. Dans ce cas, on peut intervertir les photodiodes 1 et 2 en entr´ee du CTA pour v´erifier si une ´eventuelle asym´etrie de l’histogramme est due `a une d´ependance en longueur d’onde des temps d’arriv´ee des photons.