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Force de Casimir à basse température

Chercheurs : Hermann Sellier, Serge Huant, Joel Chevrier
Doctorants : Justine Laurent (maintenant en postdoc à l’ENS Lyon)

Les fluctuations quantiques du vide électromagnétique entre deux surfaces diélectriques donne naissance à une interaction attractive appelée force de Casimir - van der Waals. Les caractéristiques des deux surfaces (conductivité électrique, absorption optique, nanostructuration, température) modifient cette interaction par rapport au cas des surfaces métalliques idéales, planes, et à température nulle. Notre objectif est d’étudier le comportement de surfaces semiconductrices comme le silicium, éventuellement gravées sous forme de réseau périodique, pour améliorer notre connaissance du comportement des nano-systèmes électromécaniques (NEMS).

Dans ce but, nous avons développé un appareil de mesure de force très sensible, basé sur le principe d’un microscope à force atomique (AFM) et placé dans un cryostat à la température de l’hélium liquide pour réduire le bruit et la dérive. Le système mesure l’interaction entre une surface plane et une sphère collée sur un microlevier AFM dont les déplacements sont mesurés par une détection optique interférométrique.

Ce travail a donné lieu à trois publications :
- une étude du couplage optomécanique du microlevier avec la détection interférométrique et de son influence sur les spectres de bruit de la détection,
- une étude de la dissipation subie par le microlevier au voisinage d’une surface lorsque le système est placé sous faible pression de gaz,
- une étude comparative de la force de Casimir mesurée à 4 K entre le cas d’une surface d’or et le cas d’une surface de silicium dopée.

Publications :

“Negative” Backaction Noise in Interferometric Detection of a Microlever
J. Laurent, A. Mosset, O. Arcizet, J. Chevrier, S. Huant, and H. Sellier
Phys. Rev. Lett. 107, 050801 (2011)

Large Variation in the Boundary-Condition Slippage for a Rarefied Gas Flowing between Two Surfaces
J. Laurent, A. Drezet, H. Sellier, J. Chevrier, and S. Huant
Phys. Rev. Lett. 107, 164501 (2011)

Casimir force measurements in Au-Au and Au-Si cavities at low temperature
J. Laurent, H. Sellier, A. Mosset, S. Huant, and J. Chevrier
Phys. Rev. B 85, 035426 (2012)

Collaborations :

- CEA LETI : Laurent Duraffourg, Philippe Andreucci, Bruno Reig
- ENS LKB : Astrid Lambrecht, Serge Reynaud

Financements :

- European Science Foundation (ESF) : réseau européen "New trends and applications of the Casimir effect"
- ANR PNANO MONACO (2007-2010) : "Modélisation et exploitation des phénomènes physiques nanométriques intervenant dans les NEMS"

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