Optomechanical resonating probe for very high frequency sensing of atomic forces
| العنوان: | Optomechanical resonating probe for very high frequency sensing of atomic forces |
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| المؤلفون: | Pierre Etienne Allain, Marc Gely, Maxime Hermouet, Benjamin Walter, Marc Faucher, Sebastien Hentz, Giuseppe Leo, E. Mairiaux, Colin Mismer, Lucien Schwab, Ivan Favero, Bernard Legrand, Guillaume Jourdan |
| المساهمون: | Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ (UMR_7162)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Équipe Microsystèmes électromécaniques (LAAS-MEMS), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Vmicro SAS (Vmicro), QuaSeRT ANR-18-QUAN-0006, Agence Nationale de la Recherche, GANOMS no. 306664, H2020 European Research Council, FET VIRUSCAN project no. 731868, European Commission, Renatech Network, ANR-14-CE26-0019,OLYMPIA,Sondes opto-mécaniques pour la microscopie AFM rapide(2014), ANR-18-QUAN-0006,QuaSeRT,Optomechanical quantum sensors at room temperature(2018), European Project: 306664,EC:FP7:ERC,ERC-2012-StG_20111012,GANOMS(2013), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN), Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information (CEA-LETI), Université Grenoble Alpes (UGA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées |
| المصدر: | Nanoscale Nanoscale, 2020, 12 (5), pp.2939-2945. ⟨10.1039/c9nr09690f⟩ Nanoscale, 2020, 12 (5), pp.2939-2945. ⟨10.1039/C9NR09690F⟩ Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2020, 12 (5), pp.2939-2945. ⟨10.1039/c9nr09690f⟩ |
| بيانات النشر: | HAL CCSD, 2020. |
| سنة النشر: | 2020 |
| مصطلحات موضوعية: | Physics - Instrumentation and Detectors, Nanostructure, Cantilever, Materials science, FOS: Physical sciences, Applied Physics (physics.app-ph), 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 0103 physical sciences, Microscopy, General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Brownian motion, business.industry, Force spectroscopy, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), Physics - Applied Physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microsecond, Amplitude, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, Nanometre, 0210 nano-technology, business |
| الوصف: | International audience; Atomic force spectroscopy and microscopy (AFM) are invaluable tools to characterize nanostructures and biological systems. Most experiments, including state-of-the-art images of molecular bonds, are achieved by driving probes at their mechanical resonance. This resonance reaches the MHz for the fastest AFM micro-cantilevers, with typical motion amplitude of a few nanometres. Next-generation investigations of molecular scale dynamics, including faster force imaging and higher-resolution spectroscopy of dissipative interactions, require more bandwidth and vibration amplitudes below interatomic distance, for non-perturbative short-range tip-matter interactions. Probe frequency is a key parameter to improve bandwidth while reducing Brownian motion, allowing large signal-to-noise for exquisite resolution. Optomechanical resonators reach motion detection at 10^(-18) m.(Hz)^(-1/2), while coupling light to bulk vibration modes whose frequencies largely surpass those of cantilevers. Here we introduce an optically operated resonating optomechanical atomic force probe of frequency 2 decades above the fastest functional AFM cantilevers while Brownian motion is 4 orders below. Based on a Silicon-On-Insulator technology, the probe demonstrates high-speed sensing of contact and non-contact interactions with sub-picometre driven motion, breaking open current locks for faster and finer atomic force spectroscopy. |
| اللغة: | English |
| تدمد: | 2040-3364 2040-3372 |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=doi_dedup___::256758980b58ce89b0f3f270524026ae https://hal.science/hal-02997481 |
| حقوق: | OPEN |
| رقم الأكسشن: | edsair.doi.dedup.....256758980b58ce89b0f3f270524026ae |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| تدمد: | 20403364 20403372 |
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