Plateforme SIV

La plateforme SIV vise à :

Être un centre d’innovation et d’expertise en spectroscopie et imagerie vibrationnelle pour imaginer, concevoir les méthodes physico-chimiques de demain et favoriser l’émergence de recherches innovantes. Par exemple des développements originaux d’équipements pour la recherche sont réalisés au sein de la plate-forme : spectroscopie Raman couplée à la microscopie AFM, dichroïsme circulaire vibrationnel, activité optique Raman, spectroscopie hyper-Raman couplée à la microscopie confocale...

Être un centre de formation en contribuant à la mise en place d’enseignements (formation initiale et continue) en spectroscopie qui prennent en compte l’évolution rapide de ce domaine et permettent un accès aux techniques et développements les plus en pointe. La plate-forme pilote ainsi un centre de ressources commun (UFR Chimie et ENSCPB) pour l’enseignement des travaux pratiques et assure des stages de formation continue pour les chercheurs académiques et industriels.

Être un centre d’analyses et de caractérisations apte à répondre aux besoins d’expertise, avec la mise en place de ressources accessibles sur projet. La plate-forme SIV vise ainsi à favoriser le transfert du savoir-faire analytique vers le secteur socio-économique, en adéquation avec des besoins en émergence.

Ce projet SIV est cofinancé par l’Union européenne.
L’Europe s’engage en Aquitaine avec le Fond européen de développement régional.

Le savoir faire :

Outre la réalisation de mesures par spectroscopie de vibration sur des échantillons variés, l’organisation de la plate-forme permet également des analyses préliminaires ou complémentaires à l’aide d’autres techniques :

Spectroscopie et imagerie Raman/hyper-Raman
Spectroscopie et imagerie infrarouge (FTIR, PMIRRAS)
Equipements complémentaires (fluorescence, absorption UV-visible, AFM, SNOM, ellipsométrie)

Le savoir-faire se décline autour des thématiques suivantes :

Matériaux (pour l’optique, l’énergie)
Surfaces, interfaces et couches minces
Nano-objets, surfaces nano-structurées
Milieux fluides
Réactivité
Systèmes biologiques

Domaines d’applications de la plate-forme SIV

Les équipements de la plate-forme s’articulent autour de 3 pôles :

la spectroscopie et l’imagerie Raman/hyper-Raman
la spectroscopie et l’imagerie infrarouge
les techniques complémentaires

Les techniques de mesures optiques avancées linéaires et non linéaires, la spectroscopie UV-visible, la fluorimétrie et la microscopie en champ proche

Notre plate-forme est pleinement opérationnelle, nous disposons d’un environnement technique complet permettant de contrôler la température de l’échantillon, sa pression ou de contrôler ces deux paramètres en même temps. Nous pouvons ainsi étudier des systèmes à des températures allant de 10 K (hélium liquide) à plusieurs centaines de degrés Celsius et soumis à des pressions pouvant atteindre plusieurs centaines de bars. Nous pouvons également combiner plusieurs techniques, par exemple la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie UVvisible ou la spectroscopie Raman et la microscopie en champ proche. Des mesures de photoluminescence ou de fluorescence peuvent également être effectuées dans certaines conditions.

Spectroscopie et imagerie Raman/hyper-Raman

Nos efforts se sont portés ces dernières années sur des développements méthodologiques permettant de réaliser in-situ des cartographies Raman de matériaux hétérogènes, de dispositifs électrochimiques en temps réel et en cours de fonctionnement ou de dispositifs prototypes en microfluidique. Pour cela il est indispensable de disposer de spectromètres Raman à très haute détectivité couplés à des microscopes confocaux. Nous disposons maintenant de spectromètres Raman polyvalents couplés à des microscopes confocaux décrits ci-dessous. Sur toutes les installations de spectromètres Raman, des études en fonction de la température peuvent être menées dans des cryostats refroidis à l’azote liquide (-180°C à 150°C) pour des études d’échantillons macroscopiques et d’une platine Linkam TS600 (–180°C à 600 °C) pour des études par microscopie. Nous disposons également d’un dispositif permettant de réaliser des mesures avec contrôle de la pression à laquelle l’échantillon étudié est soumis. Ces équipements nous permettent de réaliser des spectres de tous types de systèmes incluant par exemple les phases gazeuses, les fluides supercritiques, les matériaux et biomatériaux, les nano-objets ainsi qu’un accès à des dispositifs miniaturisés tels que les laboratoires sur puce. L’ajout de platines de microscopie dont le déplacement est contrôlé par des dispositifs piézoélectriques a permis d’accroître de façon significative la qualité de l’imagerie Raman en termes de positionnement et de reproductibilité des mesures. Ces platines offrent des déplacements typiques de 100x100x20 microns (latéral et vertical) avec un pas pouvant atteindre le nanomètre si nécessaire selon ces trois directions. Les spectromètres Raman sont utilisés par tous les membres du GSM (et au-delà à travers les collaborations et prestations) et permettent de réaliser tous types de mesures sur des échantillons macro ou microscopiques. Nous disposons d’un ensemble complet d’accessoires permettant des mesures de grande qualité. Ainsi de nombreux objectifs de microscopes (longue distance de travail, objectifs corrigés des effets d’épaisseur, objectifs à immersion, objectifs conçus pour le domaine proche infrarouge) permettant d’accéder, dans les meilleures conditions, à des mesures parfois difficiles à réaliser. Notre groupe possède également une expertise unique dans le domaine des mesures polarisées sous microscope qui doivent faire l’objet d’une attention et d’un traitement particuliers du fait de l’utilisation d’objectifs de grande ouverture numérique.

Le spectromètre Raman XY

(Horiba Jobin-Yvon, datant de 1991 et acquis en 2006 sur nos fonds propres issus de prestations industrielles) est un spectromètre « ancienne génération » équipé d’un triple monochromateur et la détection du signal Raman est assurée par une caméra CCD Wright 1024x256 pixels refroidie par air. La source excitatrice est un laser Ar+ (Coherent, acquis en 1987) pour l’enregistrement de spectres avec les radiations à 457.9, 488.0 et 514.5 nm. Ce spectromètre peut fonctionner en lumière polarisée soit en configuration macroscopique (diffusion à 90°, 180° en standard) soit couplé à un microscope confocal pour des études d’échantillons microscopiques.Il est capable à la fois de réaliser sur un même échantillon des spectres à haute résolution spectrale au voisinage de la raie excitatrice en mode dispersif (sans filtre Notch et ν > 5 cm-1, ce domaine des basses fréquences n’étant pas accessible pour des spectromètres récents utilisant le filtrage Notch) et des cartographies Raman en mode imagerie.

Le Labram IB

(Horiba Jobin-Yvon, acquis en 1995 avec le cofinancement des organismes de tutelle) est un des premiers spectromètres Raman à détection multicanale équipé d’un filtre Notch et couplé à un microscope confocal. La détection du signal Raman est assurée par une caméra CCD Wright 1024x256 pixels refroidie par air. Le GSM a été pionnier en France dans l’exploitation de cette nouvelle génération d’appareils permettant de faire de l’imagerie Raman à la surface d’échantillons ou en profondeur pour des matériaux transparents. Bien que ce spectromètre soit toujours performant et pleinement opérationnel, son utilisation pour la recherche est aujourd’hui limitée au laboratoire car il ne dispose pas de système optique permettant de réaliser des spectres Raman polarisés. Il est de plus équipé d’un trou confocal fixe limitant ses performances confocales.

Le Labram II "image"

(Horiba Jobin-Yvon, acquis en 1997 avec un cofinancement de la région Aquitaine) est issu du développement du prototype Labram IB. Ce spectromètre utilise la technologie du filtre Notch couplé à un microscope confocal. Sur cet appareil, plusieurs réseaux de diffraction peuvent être sélectionnés afin d’ajuster la résolution spectrale, des analyses en polarisation peuvent être réalisées et le trou confocal du microscope peut être ajusté. Nous avons en outre récemment équipé ce spectromètre d’une table piézoélectrique permettant de réaliser des cartographies Raman avec des déplacements nanométriques. La source laser mixte Ar+/Kr+ (Spectra Physics acquis en 1998) permet d’utiliser les radiations émises à 457.9, 488, 514 .5, 568, 647 et 752 nm.

Le Labram HR-800

(Horiba Jobin-Yvon acquis en 2003 cofinancé par la région Aquitaine et la CEE) est le spectromètre le plus performant de la plate-forme pour l’imagerie Raman haute résolution. Associés à ce spectromètre, une série de lasers (Nd- Yag Kr+, Ar+, He/Cd,) nous permet de produire des rayonnements excitateurs dont les longueurs d’onde vont du proche infrarouge à l’UV (1064 à 325 nm). Nous pouvons ainsi, selon le type d’échantillon à analyser, nous affranchir notablement de la fluorescence parasite et améliorer ainsi la qualité du signal Raman détecté, exalter la diffusion Raman de certaines molécules par effet de résonance électronique ou encore par couplage avec les plasmons d’une surface métallique rugueuse (effet SERS).

La spectrométrie et imagerie Raman à l’échelle nanométrique.
Le projet Région intitulé "Matériaux et systèmes photo actifs nanostructurés : conception, spectroscopie et imagerie à l’échelle moléculaire" est une opération prioritaire de l’ISM portant sur le développement de techniques de microscopies avancées et complémentaires (microscopie confocale, microscopie en champ proche) et de matériaux nouveaux. Il s’agit en outre de développer de nouvelles approches afin d’accroitre la résolution spatiale de nos mesures. Suivant les travaux les plus récents, on peut en effet espérer atteindre des résolutions spatiales de l’ordre de 50 nm, ce qui est fondamental pour étudier des nanomatériaux, éléments de base d’éléments intégrés dont les performances sont inversement proportionnelles aux tailles. Nous avons acquis un spectromètre Labram HR-INV (dont les caractéristiques sont similaires à celles du Labram HR-UV décrit ci-dessus) couplé à un microscope confocal à optique inversée, deux microscopes en champ proche à force atomique (AFM de type Explorer et Bioscope II) et un microscope en champ proche optique (SNOM Aurora 3). Ce montage de spectroscopie Raman à l’échelle nanométrique est en cours de développement en partenariat avec les sociétés Horiba Jobin-Yvon (spectromètres Raman) et Veeco (microscopie en champ proche).

Couplage BioscopeII-Labram HR800

La spectroscopie hyper-Raman

Nous avons développé un montage de spectroscopie hyper-Raman (équipement co-financé par les organismes de tutelle et la région Aquitaine). Le dispositif expérimental qui a été développé (montage macroscopique à 90°) met en jeu une excitation laser à 1064 nm (laser Nd-YAG, durée des impulsions 10-20 ns pour la diffusion hyper-Raman) et sa seconde harmonique à 532 nm (obtenue à partir d’une plaque de LiNbO3 en condition d’accord de phase pour la diffusion Raman). Ce montage permet de détecter en lumière polarisée, les diffusions fondamentales et harmoniques élastiques (Rayleigh et hyper-Rayleigh) et inélastiques (Raman et hyper-Raman) de fluides (principalement). Pour les mesures en hyper-Raman, les temps d’acquisition peuvent être de l’ordre de la seconde avec une résolution spectrale de 2.5 cm-1. Notre laboratoire fait partie des rares endroits au monde dans lesquels ces techniques peuvent être utilisées. Forts de ce savoir-faire, notre ambition est maintenant de développer dès 2008 la microspectrométrie et l’imagerie hyper-Raman qui offrent de vastes perspectives de recherches et d’applications. La faisabilité de ce projet a été démontrée sur un montage prototype développé au GSM. L’intérêt d’un tel montage est considérable, surtout dans la perspective d’étudier des dispositifs miniaturisés pour la photonique.

Spectroscopie et imagerie infrarouge (FTIR, PMIRRAS)

Nous disposons à l’heure actuelle de six spectromètres Infrarouge par Transformée de Fourier (IRTF) permettant de couvrir une large gamme de longueur d’onde allant du micromètre à 25 μm :

Le Biorad FTS 60A permet de couvrir le proche et moyen infrarouge (14000-400 cm-1)
Deux Nexus 670 (Thermo Optek) permettent de couvrir la gamme spectrale 7800-400 cm-1
Le Nexus 6700 (Thermo Optek) permet de couvrir la gamme spectrale 7800-100 cm-1
Le Bruker IFS 113V permet de couvrir le moyen et lointain infrarouge (7000-100 cm-1)
Le Nicolet 20F couvre exclusivement le lointain infrarouge (650-30 cm-1)

De nombreuses cellules à épaisseurs fixes (5, 25, 50, 100 et 200 μm) ou variables (de 10 μm à 6 mm) permettent d’étudier des liquides en transmission dans le moyen infrarouge (faces en KBr, CaF2 ou BaF2). Des cellules avec des faces en silicium ou polyéthylène permettent de faire les mêmes mesures dans le lointain infrarouge. Des cellules spécifiques pour des mesures à températures et pressions variables (25-400°C et 1-400 bar) sont également disponibles pour des analyses spectroscopiques en milieux supercritiques. Enfin, des cellules à grands trajets optiques (> 10 cm) sont utilisées pour étudier des échantillons à l’état de gaz ou vapeur. Lorsque le produit à analyser est une poudre (ou peut être broyé), des mesures en transmission peuvent être réalisées à partir d’une émulsion (nujol ou fluorolube suivant le domaine spectral souhaité) ou de pastilles KBr (mélange du produit à étudier à 1 ou 2 % dans une matrice KBr). Lorsque l’échantillon peut être dissous dans un solvant, un film mince peut être déposé par évaporation ou spin coating sur une fenêtre transparente au rayonnement infrarouge. Pour étudier des échantillons solides épais ou déposés en couches minces sur des substrats absorbant le rayonnement infrarouge (métal, verre …), les techniques de réflexion sont alors mises en oeuvre. Nous disposons de tous les accessoires de réflexion nécessaires pour réaliser ce type d’expériences :

- Si la surface du substrat est plane, nous avons des accessoires de réflexion spéculaire à angle d’incidence fixe (12° et 56°) et à angle d’incidence variable (de 15° à 85° avec positionnement de l’échantillon vertical ou horizontal). Notons que l’accessoire de réflexion à 12° permet d’obtenir un spectre de réflectance à incidence quasi normale, nécessaire lorsque l’on veut déterminer les constantes optiques (indice de réfraction et coefficient d’extinction) d’un matériau massique à partir d’une analyse de Kramers-Kronig. Nous disposons du logiciel permettant de réaliser ce traitement. - Si la surface du substrat est rugueuse (rugosité de surface supérieure à la longueur d’onde du rayonnement infrarouge), nous disposons d’un accessoire de réflexion diffuse. Cet accessoire permet également d’analyser des poudres. Nous disposons de tous les accessoires de réflexion totale atténuée (montage vertical et horizontal à multiples réflexions, « silver gate » et « golden gate ») permettant d’analyser des liquides, des poudres, des matériaux souples (polymères par exemple) et dans des matériaux plus durs (uniquement avec le « golden gate »). Signalons que ce dernier accessoire est quasiment indispensable dans un laboratoire d’analyse car il permet d’analyser la majorité des échantillons sans mise en forme ou traitement particuliers. Enfin, nous possédons des cellules permettant de réaliser des expériences en transmission ou réflexion à température variable (-100°C à +200°C) sous vide ou atmosphère contrôlée. Tous ces accessoires peuvent être montés sans difficulté sur l’ensemble des spectromètres décrits précédemment. En plus des études spectroscopiques conventionnelles, certains spectromètres FTIR sont associés à des expériences plus spécifiques, qui dans la plupart des cas sont uniques en Région Aquitaine et parfois en France.

Microspectrométrie et imagerie infrarouge

Le spectromètre Nicolet 6700 (Thermo Optek) est couplé à un microscope infrarouge NicPlan. La microscopie IR permet d’enregistrer les spectres infrarouge (domaine spectral 650-4000 cm-1) d’un échantillon avec une résolution spatiale de l’ordre de 50 micromètres. Cette résolution spatiale permet de réaliser des analyses d’hétérogénéités de surface. Nous disposons de divers objectifs de type Cassegrain permettant de réaliser des mesures en transmission, en réflexion spéculaire (angle d’incidence de 30°), en réflexion totale atténuée ou en réflexion sous incidence quasi rasante (angle d’incidence de 80°).(équipement cofinancé par l’ANR et la région Aquitaine).

Spectroscopie PM-IRRAS des surfaces et films ultraminces

Un montage optique de réflectivité infrarouge par modulation de polarisation (spectroscopie PM-IRRAS) est associé à un spectromètre NEXUS 670 (Thermo Optek). Ce montage a été réalisé dans le cadre d’un projet déposé à la Région Aquitaine en 1998 (porteur T. Buffeteau). La spectroscopie PM-IRRAS fut implantée pour la première fois en France par les membres du GSM en 1988. Cette spectroscopie permet de caractériser des couches minces et ultraminces (< 50 Å) déposées sur des surfaces métalliques, semi-conductrices et diélectriques. Elle consiste à moduler très rapidement la polarisation du faisceau infrarouge au moyen d’un modulateur photo élastique pour obtenir un signal de réflectivité différentielle normalisé en temps réel, très sensible à toute présence de molécules organiques déposées sur la surface. Du fait de l’anisotropie des champs électromagnétiques au voisinage de la surface, cette spectroscopie présente des règles de sélection pour chaque type de surface (métallique ou diélectrique) permettant d’obtenir des informations uniques sur l’orientation des molécules. Cette approche expérimentale a été utilisée par les membres du GSM pour détecter et caractériser (orientation et arrangement) des couches monomoléculaires de type Langmuir- Blodgett déposées sur divers substrats. Le PM-IRRAS a également été utilisé pour analyser des couches minces (polymères, cristaux liquides …) ou résoudre des problèmes associés à des surfaces et interfaces. Ainsi, de nombreuses collaborations ont été (ou sont) initiées avec des partenaires industriels sur des thématiques reliées à l’adhésion (Saint Gobain Recherche), la lubrification (Institut Français du Pétrole), la corrosion (Total) et la passivation de surface (Toyota Etats-Unis). Signalons enfin que cette spectroscopie permet d’étudier des films monomoléculaires à l’interface air/eau, et en particulier l’interaction de systèmes biochimiques avec des membranes phospholipidiques. Pour interpréter les spectres PM-IRRAS, nous avons développé une approche théorique permettant de simuler les spectres infrarouges (PM-IRRAS ou conventionnels) de systèmes multicouches afin de dissocier les effets purement optiques (associés aux méthodes expérimentales utilisées) des effets chimiques et d’orientation.

Dichroïsme linéaire infrarouge de polymères sous contrainte

Un deuxième montage optique de dichroïsme linéaire infrarouge par modulation de polarisation (spectroscopie PM-IRLD) est associé au même spectromètre NEXUS 670 (Thermo Optek). Ce montage a été cofinancé par la région Aquitaine. La spectroscopie PM-IRLD permet de mesurer le dichroïsme linéaire (différence des spectres d’absorbance avec un rayonnement infrarouge polarisé parallèlement et perpendiculairement à un axe de référence) avec une très grande sensibilité (de l’ordre de 10-4 en unité d’absorbance). Cette spectroscopie permet de remonter à l’orientation des molécules dans un plan perpendiculaire à la propagation du rayonnement infrarouge. Nous l’avons utilisée au Laboratoire pour étudier l’orientation des chaînes macromoléculaires de films minces de polymères sous traction mécanique. La très grande sensibilité de cette technique permet d’obtenir l’information dichroïque avec des temps d’acquisition de l’ordre de la seconde et de réaliser des cinétiques d’orientation mais également de relaxation de cette orientation lorsque l’on stoppe la contrainte. Des expériences d’orientation de molécules organiques (de type azobenzène) dans une matrice polymère par irradiation laser polarisé (orientation via un processus de photo isomérisation) ont aussi été réalisées.

Dichroïsme circulaire infrarouge de systèmes chiraux

Un montage optique de dichroïsme circulaire vibrationnel par modulation de polarisation (spectroscopie PM-VCD) est associé au deuxième spectromètre NEXUS 670 (Thermo Optek). Ce montage acquis en 2002, a été cofinancé par la région Aquitaine . Ce projet a permis de développer cette spectroscopie pour la première fois en France. Le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) consiste à mesurer la différence des spectres d’absorbance enregistrés avec une lumière polarisée circulairement gauche et droite (les signaux attendus sont très faibles, de l’ordre de 10-4 à 10-6 en unité d’absorbance). Le VCD permet de déterminer sans ambiguïté la configuration et la conformation (dans le cas de molécules flexibles) des molécules chirales. Pour cela, nous avons développé une approche théorique (calculs de chimie quantique ab initio) qui consiste à prédire les spectres VCD des différents stéréo-isomères considérés et de les comparer au spectre expérimental. Les champs d’application de cette technique d’analyse sont vastes :

détermination de la configuration et de la conformation de molécules chirales synthétiques ou de molécules naturelles
détermination de la pureté énantiomérique de molécules chirales
détermination de la structure secondaire de protéines globulaires
caractérisation de systèmes supramoléculaire présentant des phases chirales.

Les trois premiers domaines d’application peuvent intéresser fortement les industries pharmaceutiques.

Spectroscopie infrarouge en matrice cryogénique

Le spectromètre Bruker IFS 113V est couplé à un cryogénérateur Cryodine M22 à circuit formé d’hélium gazeux (12K – 300K). Ce dispositif permet de caractériser des intermédiaires réactionnels dans une matrice cryogénique où ils sont piégés à basse température (12-40K). L’intérêt majeur de cet équipement réside dans la possibilité d ‘effectuer des dépôts par sublimation simultanée de deux réactifs solides et de les analyser par différentes techniques spectroscopiques (IR, Raman, UV-Visible). Les buts essentiels de cette thématique sont l’étude de la réactivité comparée des atomes et petits agrégats des métaux de transition de la première ligne, l’identification d’intermédiaires réactionnels organométalliques et l’activation de petites molécules inertes (CO2, N2) par complexation sur les métaux. Les domaines d’application concernent essentiellement la catalyse et la chimie interstellaire.

Spectroscopie infrarouge en milieu supercritique

Les spectromètres Biorad FTS 60A (acquis en 1992) et Nicolet 20F (acquis en 1988) sont couplés à un dispositif de mise sous pression et de contrôle de température d’échantillons solides, liquides et gazeux. Ce montage a été réalisé en 1998 dans le cadre d’un plan pluri formation « Spectroscopie en milieux supercritiques » de l’Université Bordeaux I. Ce dispositif permet de réaliser des analyses qualitatives et quantitatives in situ à températures et pressions variables (25-400°C et 1-400 bar). Il est alors possible de suivre la cinétique de réactions chimiques au cours d’un procédé d’élaboration de produits, de caractériser les équilibres multiphasiques dans des fluides sous pression, ou encore d’analyser un matériau au cours d’un procédé de séchage, d’extraction ou d’imprégnation. Ce dispositif peut également être utilisé sur les spectromètres Raman.

Les techniques complémentaires

Spectroscopie d’absorption UV-visible :

Un spectromètre d’absorption UV-visible (200-1000 nm) SAFAS nous permet de réaliser des spectres de routine ou des spectres en lumière polarisée, de liquides et de films principalement. Plus spécifiquement, des expériences d’orientation de molécules organiques au sein d’une matrice polymère peuvent être réalisées, soit par irradiation laser polarisé (orientation via un processus de photo isomérisation), soit par polarisation électrique assistée thermiquement (type corona « poling »).

Spectrofluorimétrie :

Le spectrofluorimètre FLUOROLOG - F212 (Horiba Jobin-Yvon, acquis en 1986) est, aujourd’hui encore, un des meilleurs appareils de fluorescence sur le marché. Ses hautes performances en termes de résolution spectrale, sensibilité et sélectivité sont liées aux doubles monochromateurs à l’excitation et à l’émission, suivis du photomultiplicateur refroidi par effet Peltier. La flexibilité du porte échantillon permet des études très diverses, tant sur la nature du matériau à analyser que sur le mode de travail. Seul un tel appareil permet de travailler sur des solutions très turbides (par conséquent très diffusantes) et peu fluorescentes (exemple la matière organique dissoute dans l’eau de mer). La possibilité de faire les mesures en surface de l’échantillon (montage Front Face) permet de détecter la fluorescence des échantillons solides ou des mélanges très absorbants (exemple l’hémoglobine ou le lait). Les modules complémentaires, le phosphorimètre (avec sa lampe pulsée) et les polariseurs, sont un atout supplémentaire qui permet des mesures spécifiques : acquisition des spectres de phosphorescence résolus dans le temps, mesures de durée de vie de phosphorescence, de taille et de forme de particules en suspension, de molécules biologiques….. Les applications possibles sont nombreuses : transfert d’énergie (dynamique grâce à la dépolarisation), études quantitatives de quenching de fluorescence par transfert d’électrons, caractérisation d’échantillons complexes par balayage synchrone…. L’utilisation quotidienne de cet appareil, acheté en 1986, entraîne un vieillissement des optiques et du spectrofluorimètre dans son ensemble. Ceci justifie le remplacement de cet appareil par un matériel aux performances équivalentes, voire meilleures. Nous envisageons donc, dans le cadre des opérations de jouvence prévues dans ce projet, l’achat d’un nouveau spectrofluorimètre en 2009 intégré à la plate-forme SIV.

Microscopie en champ proche à force atomique (AFM) :

Le microscope Autoprobe CP-Research (VEECO, cofinancé par la région Aquitaine en 2000) est un appareil multi-têtes qui permet des mesures électriques basées sur l’effet Tunnel (STM) mais aussi et surtout, des mesures de forces atomiques (AFM) en mode statique et dynamique. Ses avantages sont, d’une part, une boucle de retour qui permet d’imager linéairement à partir d’une zone de 100x100μm et, d’autre part, un microscope optique couplé au microscope AFM (résolution maximale 0.7μm) qui facilite la localisation des nanostructures à étudier. La cellule liquide est un atout supplémentaire et facilite l’étude de certains échantillons. Quelque soit le mode travail, des mesures de hauteurs peuvent être réalisées sur les images de topographies. Avec le scanner de 5μm, sous air et conditions contrôlées, il est possible de faire des mesures de hauteur inférieure au nanomètre (mise en évidence de la marche de l’HOPG 0.3nm sans difficulté majeure). Certaines propriétés des échantillons peuvent être mises en évidence par des mesures complémentaires : mesures des forces latérales en mode contact ou images de phase en mode contact intermittent (ou mode tapping). Ces dernières peuvent mettre en évidence les propriétés mécaniques, chimiques, magnétiques, électriques et viscoélastiques des composés étudiés.

Ellipsométrie en optique linéaire par modulation de phase

Ce montage original est régulièrement utilisé reste encore en cours de développement. Il a été financé principalement par une ANR blanche en 2005. Il permet de mesurer avec une très grande précision les indices de réfraction des matériaux par une méthode que nous avons mise au point au GSM. Ce montage, qui fonctionne pour le moment en transmission (il sera étendu à la réflexion) est optimisé pour réaliser, sur tout type de matériaux solides, des mesures de biréfringence linéaire et/ou de biréfringence circulaire (pouvoir rotatoire). En 2007 nous allons acquérir quelques sources supplémentaires (diodes) qui nous permettront de couvrir le domaine 400-1000 nm et nous pourrons ainsi établir les courbes de dispersions optiques des matériaux analysés. Enfin en 2007-2008, le montage doit être couplé avec un microscope pour réaliser des mesures optiques avancées à l’échelle du micromètre (homogénéité optique de couches minces, étude de guides d’onde photo-inscrits, etc...).

Ellipsométrie de Second Harmonique : franges de Maker

Nous avons mis au point un banc optique de Génération de Second Harmonique (GSH) très performant (précision quelques fm/V) permettant de quantifier les réponses macroscopiques χ(2) des matériaux étudiés (typiquement de l’ordre du pm/V) par la méthode des franges de Maker (cofinancé par la région Aquitaine). Il permet de réaliser des mesures en ellipsométrie généralisée non linéaire en transmission et/ou réflexion sur des systèmes solides orientés (cristaux, verres, films polymères, systèmes chiraux, etc...). Depuis peu, nous sommes capables de mesurer et quantifier les signaux extrêmement faibles provenant du pouvoir rotatoire dispersif de Second Harmonique (SHG-ORD) qui est une marque de la chiralité non linéaire des matériaux. La source utilisée est un laser à diode Nd- Yag et l’exploitation des données expérimentales des différents systèmes étudiés est réalisée à l’aide d’un modèle d’analyse généralisée ellipsométrique des franges de Maker applicable aux systèmes diélectriques multicouches anisotropes, absorbants, chiraux. Ce même formalisme est utilisé pour exploiter les mesures réalisées en ellipsométrie optique linéaire.