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Microscopie optique en champ proche … la spectroscopie infrarouge à l’échelle nanométrique !

Un nouvel instrument au LTA !

Il s’agit d’un microscope optique à champ proche (SNOM) combinant la microscopie à force atomique, l’imagerie optique et la spectroscopie à l’échelle nanométrique.

Les atouts du SNOM en quelques points :

  • Spectroscopie large bande (térahertz- UV) avec une résolution spatiale de 10 nm seulement en s’affranchissant de la limite de diffraction !
  • Possibilité de refroidir l’échantillon à des températures inférieures à 10K (dispositif unique en Suisse sur un microscope SNOM), particulièrement intéressant lors notamment de l’étude de matières molles à températures ambiantes (échantillons biologiques ou organiques) ou l’étude des transitions de phase ayant lieu à des températures très basses
  • Cellule de vide très poussé assurant une stabilité des échantillons analysés

Le microscope neaSNOM permet ainsi d’étudier les propriétés chimiques, structurelles et électroniques d’un échantillon. La méthode de mesure non destructive convient également aux échantillons organiques et inorganiques.

Exemples d'applications nano-analytiques de pointe

La nanophotonique au service de la sécurité optique de l’information

Pour assurer l’authenticité ou l’unicité d’un objet, il est possible de créer une structure plasmonique à l’échelle nanométrique avec une cartographie optique en champ proche unique indétectable par une autre technique.

Fondé sur le principe de la nanophotonique, il s’agit ainsi d’utiliser les interactions locales entre structures nanométriques et nanophotoniques via des champs optiques proches.

Schéma de principe du concept d'hologramme nano / macro-hiérarchique avec un code nanophotonique incorporé dans la structure en relief de l'hologramme.

Tate, N. et al., Nanophotonics, 6(3), (2016)

Analyse détaillée des champs de contraintes autour des sites de nanoindentation dans un cristal de carbure de silicium (SiC)

La microscopie en champ proche infrarouge offre un outil de diagnostic non destructif pour l’étude des champs de contraintes/déformation locaux et de la propagation de nanofissures.

En effet, les modifications structurelles engendrant des modifications de l’état électronique (propriétés électriques,  conductivité par exemple) peuvent être détectées et cartographiées avec une résolution nanométrique.

 Zoom dans le coin droit d’un indent triangulaire révélant ainsi une nanofissure émanant du bord. (a) Topographie et (b) imagerie s-SNOM

A. M. Gigler et al., Opt. Express 17, 22351-22357 (2009)

Cartographie à l'échelle nanométrique des protéines : une nouvelle ère dans la nano-bio-spectroscopie infrarouge

La structure des protéines détermine leurs propriétés mécaniques et catalytiques et joue également un rôle majeur dans de nombreuses maladies. La microscopie en champ proche répond à un défi majeur : reconnaître et cartographier la structure secondaire des protéines avec une résolution spatiale à l’échelle nanométrique.

Le nanofocus au sommet de la pointe, pouvant être considéré comme une source de lumière infrarouge ultra-petite (de l’ordre de 30 × 30 nm), permet une sensibilité aux complexes protéiques uniques de moins d’un attogramme (10-18 grammes).

 

Spectroscopie nano-FTIR de complexes protéiques individuels de ferritine.

I. Amenabar et al.  Nature Communications 4, 2890 (2013)