Nanometric motion control by tunnel current: simulation and realization

Contrôle nanoscopique du mouvement par courant tunnel: étude et réalisation

Sylvain Blanvillain (1)

1 GIPSA-lab - Grenoble Images Parole Signal Automatique

The present work proposes to use the tunnel current as a sensor to manipulate an object with micrometric dimensions. The use of such a sensor is proposed as an alternative to optical sensors, commonly used to measure or control the position of objects at a micrometric or nanometric scale. This work shows that the tunnel current can be controlled simultaneously with an electrostatic actuator and a piezoelectric actuator to tackle difficulties relative to the reduction of scale, such as drifts or measurement noise. For that purpose, an experimental set-up has been built-up at the GIPSA-Lab in the framework of this PhD. A robust control strategy has been implemented in this set-up to control the position of a microcantilever with an accuracy below the ångström at a speed higher than several hundred of Hertz.

Ce doctorat propose l'utilisation d'un capteur à courant tunnel pour manipuler un objet à dimensions microscopiques. L'utilisation de ce capteur est proposée comme une alternative aux capteurs optiques couramment utilisés en nanotechnologie pour caractériser des objets mobiles. De plus, dans un contexte de nanopositionnement, sa mise en oeuvre ne peut se faire sans l'application d'outils de commande. Nous avons démontré que l'utilisation du courant tunnel couplé à un actionnement électrostatique répond aux problématiques récentes dans le domaine du nanopositionnement (correction de dérives, augmentation conjointe de la rapidité de manipulation et de la précision). Pour cela, une plate forme a été construite dans le cadre de ce doctorat. Cette plateforme a pour but de permettre le contrôle de déplacements d'un micro objet sans le toucher par courant tunnel. En particulier, cette plateforme a permis de contrôler la position d'une micropoutre avec une précision de l'ordre de la dizaine de picomètres en milieu bruité.

Keywords: Nano-positioning; pico-positioning; tunnel current; electrostatic actuation; piezoactuation; flexible cantilever; drifts; robust control

Keywords: Courrant tunnel; pico-positionnement; nano-positionnement; actionneur piézoélectrique; actionneur électrostatique; micro-poutre; dérives; bruits; contrôl robuste

Domains: Networking and Internet Architecture [cs.NI]

Sylvain Blanvillain. Contrôle nanoscopique du mouvement par courant tunnel: étude et réalisation. Réseaux et télécommunications [cs.NI]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00534533⟩