Perspectives

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 55 60 65 70 75 80 85 Angle d’incidence () Ag 40 nm - n=1.333 Ag 40 nm - n=1.34 Ag 40 nm - n=1.35 Cr7 Au20 n=1.35 Cr7 Au20 n=1.35

FIG. 4.25: Simulations de l’intensité lumineuse réfléchie pour les conditions expérimentales

ayant permis d’obtenir les figures 4.24 (la couche métallique est alors 40 nm d’argent), et

comparaison avec les résultats que nous nous attendons à obtenir avec une couche de Cr/Au. Les courbes simulées pour une couche d’argent (3 courbes du haut) ont été tronquées pour une plage d’angle telle que celle atteinte par notre dispositif expérimental. Nous comprenons là pourquoi aucun plasmon n’a été observé avec une couche métallique de Cr/Au (2 courbes du bas) : la résonance est beaucoup moins marquée et son maximum se situe pour un angle élevé, en dehors de la plage atteinte par notre dispositif expérimental.

4.12

Perspectives

Notre objectif initial était de combiner dans un même instrument les mesures de viscosité par lignes à ondes de surface, de constante diélectrique par plasmons de surface, et de propriétés mécaniques locales par microscopie à force atomique. Il est ainsi possible de mesurer sur un même échantillon diverses propriétés à différentes échelles.

Nous avons, dans les chapitres et parties précédentes, tenté de montrer la faisabilité de cha- cun de ces capteurs. Nous avons ainsi pu identifier les capacités et limitations de chaque mé- thode : nécessité de travailler en configuration de résonateur pour les ondes acoustiques pour avoir une résolution suffisante sur la mesure de viscosité, épaisseur et type de métal optimum pour un plasmon avec un bon contraste tout en maintenant la compatibilité biologique, et ma- nipulation d’échantillons de petites dimensions au moyen d’un levier d’AFM. La bibliographie

Cr/Au Quartz Huile de silice Verre replacements δ d d θ θ 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 line 1 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 line 1 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 line 1

FIG. 4.26: La lame de quartz se comporte comme un interféromètre de Fabry-Perrot : schéma

de principe à gauche, courbe expérimentale à droite (avec de l’eau en haut, sans eau en bas). Le nombre de franges dans la partie droite de la courbe correspond exactement au nombre de franges prévues sachant que la largeur de la lame de quartz est 1 mm et la longueur d’onde du laser 632 nm. motor 633 nm laser diode laser power supply screw

right−threaded left−threadedscrew

metal coated prism

stepper

photodetector

FIG. 4.27: Dispositif réalisé pour l’obtention d’un plasmon. L’objectif de ce montage est de

permettre de déplacer simultanément la diode laser émettrice (5 mW, 632 nm) et le photo- détecteur.

nous informe de plus que des montages similaires au notre dans le cas de l’AFM permettent de mesurer, en milieu liquide, des variations de forces aussi fines que celles nécessaires à obser- ver le cytosquelette d’une cellule [Domke 99]. Les différents éléments du dispositif à réaliser donnent donc des résultats encourageants.

Cependant, il semble très difficile de combiner dans une seule expériences les plasmons de surface et les lignes à ondes acoustiques (de volume ou de surface). En effet, à moins de tra- vailler sur un prisme (dans notre cas parallélépipédique) de quartz de coût très élevé, l’ajout d’une plaque de quartz sur un prisme de verre générera inévitablement des interférences. Les

4.12. Perspectives

ondes de surface nécessitent une face de la lame de quartz qui ne soit pas polie optique, ce qui rend la transmission du laser générant le plasmon impossible. Une configuration en résona- teur, où l’épaisseur de la lame de matériau piézoélectrique doit être très inférieure à la longueur d’onde de l’onde acoustique, est incompatible avec la nécessité d’installer pour les plasmons de surface un prisme sous l’échantillon (prisme sans lequel, rappelons-le, il est impossible d’at- teindre l’angle de plasmon pour un laser introduit en champ lointain dans une interface air- verre). La solution consistant à introduire le laser dans la lame de quartz par des méthodes d’optique intégrée (diffusion d’un métal dans le quartz pour réaliser des guides d’onde par va- riation de l’indice optique) ne semble pas viable : les guides d’onde ainsi réalisés sont souvent monomodes, ce qui élimine la possibilité de varier le paramètre d’angle (il reste le paramètre de la longueur d’onde, plus difficile à contrôler sur une large plage), ou parfois multimodes avec des problèmes liés au contrôle de l’angle d’injection du faisceau laser avec par conséquent des difficultés à régler précisément l’angle de réflexion entre le quartz et la couche de métal pour obtenir un plasmon.

La seule solution qui nous semble viable pour l’instrument que nous nous étions fixé de réaliser est de remplacer notre prisme par un réseau de diffraction [Raether,Glasberg 97] im- primé sur le wafer de quartz par lithographie sur la face opposée à la face sur laquelle sont déposés les transducteurs interdigités. Un réseau de périodicité 800 nm permet, pour une angle incident entre 28o et 45o (tel que le fournit notre montage mécanique actuel de balayage des angles), d’avoir un angle à l’interface verre-métal-air compris entre 57 et 86 degrés, ce qui inclut donc la plage de plasmon (65o-80o). Cette méthode n’élimine pas le problème d’interfé- rence de type Fabry-Perrot du fait des deux faces parfaitement parallèles du wafer de quartz : les oscillations dues aux interférences devront donc être éliminées par traitement informatique après acquisition, ce qui nécessite une carte de conversion analogique-numérique précise pour avoir une dynamique suffisante afin observer les variations de l’intensité réfléchie malgré les larges oscillations dues aux franges d’interférence.