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Fiche détaillée Thèses
Université de Grenoble (09/12/2010), Serge Huant (Dir.)
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Mesures de la force de Casimir à basse température
Justine Laurent1

La force de Casimir, du nom du physicien qui prédit en 1948 l'existence de cette force attractive dans la configuration idéale de deux miroirs parfaits, plans et parallèles, est d'origine purement quantique. Elle résulte de l'existence des fluctuations quantiques de point zéro du champ électromagnétique et joue un rôle prépondérant dans le fonctionnement des nanosystèmes mécaniques en cours de développement et qui pourraient dans les années futures révolutionner l'industrie de la microélectronique. Pourtant, les effets correctifs liés à la conductivité des surfaces ou à l'empilement diélectrique des couches commencent seulement à être étudiés. L'objet du travail expérimental développé durant cette thèse a été la réalisation d'un appareil de mesure de forces faibles entre deux surfaces de tailles micrométriques en vue de l'étude de la force de Casimir. Nous avons adapté la technique mise au point au cours de la thèse de G. Jourdan à un environnement cryogénique afin d'atteindre les sensibilités en force requises pour l'étude de surfaces complexes. Ce manuscrit décrit ce nouvel appareil et ses performances. Nous avons ainsi étudié l'amortissement visqueux de notre sonde de force (un microlevier AFM avec une sphère collée à son extrêmité) engendré par le confinement du fluide environnant. A 4 K, nous avons mis en évidence des effets opto-mécaniques induits par le bruit laser. Enfin, nos premiers tests entre deux surfaces d'or de faible rugosité nous ont amenés à lutter contre une force parasite. Nous avons déterminé l'origine de cette force et réussi à la contrer. La force de Casimir entre une sphère en or et un échantillon de silicium a alors pu être mesurée.
1 :  NEEL - Institut Néel
CP NOF
Effet Casimir – microlevier AFM – détection interférométrique – cryogénie – action en retour du système de détection – auto-refroidissement – amortissement visqueux.

Casimir force measurements at low temperature
The Casimir force, named after the Dutch physicist who predicted in 1948 the existence of this attractive force in an ideal conguration of two perfectly conducting and parallel plates, is due to quantum-mechanical effects. It results from electromagnetic fluctuations of vacuum and cannot be neglected anymore in the performance of the nano-mechanical systems (NEMS), which are currently developed and could also revolutionize the microelectronics industry. However, the study of the corrections brought by the surface conductivity or by the dielectric stacks has just started. This thesis work presents the achievement of a new instrument dedicated to the measurement of the Casimir force between two surfaces at the micron scale. We have adapted the technique performed during the G. Jourdan's PhD thesis to a cryogenic environment in order to reach the sensitivity needed to investigate complex surfaces. The viscous damping of the force probe (AFM cantilever) due to the environmental fluid confined between the sphere glued at the tip of the AFM cantilever and a sample has been analysed. Measurements at 4K have revealed an opto-mechanical effect induced by laser noise. Finally, our first tests between two low rough gold surfaces have showed the presence of a parasite force. We have found out the origin of this force and succeeded to remove it. The first measurement of the Casimir force between a gold sphere and a silicon sample has been performed.
Casimir effect – AFM cantilever – interferometric detection – cryogeny – backaction of the detection system – self-cooling – viscous damping.