From point contacts to Nano-Electro-Mechanical Systems (NEMS). Realization and characterization of single atom contacts
Des contacts point aux NanoSystèmes Electro-Mécaniques – NEMS – Réalisation et caractérisation de structures monoatomiques réglables
Résumé
The study of adjustable atomic contacts is made possible by the use of break-junctions. A break-junction is constituted of a metallic conductor, aluminum or gold for example, which has been deposited on a substrate. This conductor locally possesses an underetched constriction forming a suspended bridge. When bending the substrate this constriction can be stretched in a controlled way. By this means, the stretching of the conductor can be adjusted in such a way, that a contact made of single atoms is stabilized. This research work is subdivided into two parts. On the one hand, single aluminum break-junctions made on bronze substrates were studied at very low temperatures. Using the phenomenon of multiple Andreev reflections we conclude that aluminum, in contrast to gold, does not form monoatomic chains longer than a dimer. A single electron transistor (SET) structure was also characterized at very low tem- peratures. On the other hand, a system composed of one or two break-junctions on a monocrystalline silicon membrane was developed and characterized at room temperature. This system forms a nano-electro-mechanical-system, named NEMS, integrable in silicon technology. Membranes of a thickness of just 340 nm, were fabricated out of SOI substrates. The mechanical — static and dynamic — properties of these membranes were studied. Several stable mechanics based on the use of a tip mounted on a piezo were developed. These allow us to address each break-junction on a common membrane individually, both at room temperature and at very low temperature. The effect of laser light on the conductance of a break-junction, which leads to a conductance increase, was studied. The influence of the substrate can be excluded through the use of silicon membranes. The conductance variation is associated with the phenomenon of photoassisted transport. In this work break-junctions initially designed for fundamental physics were integrated on silicon membranes allowing them to be used as electromagnetic sensors.
L'étude de contacts atomiques ajustables est rendue possible par la réalisation de jonctions à cassure. Ce type de structure est constitué d'un conducteur métallique, tel que l'aluminium ou l'or, déposé sur un substrat, et dans lequel une constriction localement sous-gravée forme un pont suspendu. En déformant le substrat, cette constriction est étirée de façon contrôlée. De cette manière l'étirement de la jonction peut être stabilisé au stade d'un contact de taille atomique. Le travail de recherche présenté ici est scindé en deux parties. D'une part, des jonctions à cassure simples en aluminium sur substrat en bronze ont été étudiées aux très basses températures. A l'aide du phénomène de réflexions d'Andreev nous arrivons à la conclusion que l'aluminium, à l'inverse de l'or, ne forme pas de chaînes monoatomiques plus longues qu'un dimère. Une structure double de type transistor à un électron (SET) a également été mesurée aux très basses températures. D'autre part, un système composé d'une ou de deux jonctions à cassure sur membranes fines en silicium monocrystallin a été développé et caractérisé à température ambiante. Ce système constitue un nanosystème électromécanique, ou NEMS, intégrable en technologie silicium. Des membranes, d'une épaisseur de 340 nm seulement, ont été fabriquées à partir de substrats SOI. Les propriétés mécaniques statiques et dynamiques de ces membranes sont étudiées. Plusieurs actionnements mécaniques stables, constitués d'une pointe déplacée par un piézo, ont été développés. Ils permettent à chaque jonction à cassure sur membrane d'être adressée individuellement, y compris aux très basses températures. L'influence d'une illumination en lumière laser sur la conductance de contacts point en or est étudiée. Une augmentation de la conductance est mesurée. L'influence du substrat peut être exclue grâce à l'utilisation de membranes fines. Cet effet est relié à un phénomène de transmission assistée par photons. Dans ce travail, des jonctions à cassure, initialement développées pour la physique fondamentale, sont intégrées sur des membranes en silicium, permettant ainsi une utilisation en tant que capteurs électromécaniques.
Loading...