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Bientôt un microscope avec des faisceaux d'atomes ?

ActualitéClassé sous :physique , microscope atomique , miroir le plus lisse

Après le microscope à faisceaux d'électrons, c'est-à-dire le microscope électronique, se profile à l'horizon un microscope à faisceaux d'atomes, un microscope atomique donc. Cette étrange idée vient d'être rendue concrétisable après la réalisation du miroir le plus lisse du monde par une équipe de physiciens de l'Université Autonome de Madrid (UAM) et de l'Institut des hautes études en nanoscience (IMDEA-Nanociencia) de Madrid.

Malgré des défauts, le miroir quantique est remarquablement efficace pour réfléchir presque parfaitement des faisceaux d'atomes d'hélium. Crédit : Barredo et al.

Comme l'expliquent les chercheurs dans une publication du célèbre journal Advanced Materials, c'est en mettant à profit les propriétés quantiques d'une sorte de galette en silicone recouverte d'une fine couche de plomb qu'ils ont pu produire un miroir presque parfait ayant la propriété de réfléchir des faisceaux d'atomes d'hélium. Pour obtenir ce résultat spectaculaire, il a fallu passer à l'échelle nanométrique et en appeler aux techniques des nanosciences.

Les caractéristiques du miroir le prouvent. Il est composé d'un cristal de silicium mince d'une épaisseur de 50 microns, recouvert d'une très fine couche de plomb, de 1 ou 2 nanomètres d'épaisseur. Pour étudier la réflexion sur le cristal, les scientifiques ont lancé des atomes d'hélium sur des miroirs constitués uniquement de silicium. Résultat : seulement 1% des atomes d'hélium étaient réfléchis. En ajoutant la couche de plomb, les chercheurs parviennent à une réflexion d'un maximum de 67%.

Le plomb est déposé sur le silicium à une température comprise entre -173 et -133 ºC. C'est l'épaisseur nanométrique du dépôt qui permet à certaines propriétés spécifiquement quantiques de se manifester spontanément pour lisser la surface du miroir. Mieux, comme l'indique Rodolfo Miranda, professeur à l'UAM, directeur de l' IMDEA-Nanociencia et chercheur en physique de la matière condensée : « lorsque le matériau est chauffé à la température ambiante, il ne produit pas de distorsions ou de rupture, mais devient encore plus plat, ce qui renforce encore ses propriétés de réflexion ».

Ces types de miroirs, sont très importants la réalisation de microscopes atomiques. On connaît bien depuis longtemps les performances des microscopes électroniques à transmission, qui permettent d'atteindre de très hautes résolutions. Mais lorsque l'on cherche à observer des échantillons biologiques fragiles en détail, comme les membranes des cellules ou certaines structures protéiques, les faisceaux d'électrons sont tellement énergétiques qu'ils endommagent facilement les échantillons étudiés, compromettant ainsi les observations. Concrètement, on atteint une limite en résolution (donc en grossissement) au-delà de laquelle l'échantillon se détruit sous les yeux de l'observateur.

Au point l'an prochain

Or, avec des faisceaux d'atomes qui sont des milliers de fois plus lourds que des électrons, il est possible d'obtenir des ondes de matières dont les longueurs d'onde de De Broglie sont celles déjà obtenues avec les électrons mais en dotant les atomes d'une énergie cinétique plus faible. Le résultat est qu'en théorie on peut obtenir la même qualité d'image tout en bombardant les objets à étudier avec des particules des milliers de fois moins énergétiques, ce qui donc ne détruit pas ces objets.

Les chercheurs espagnols, en collaboration avec l'équipe dirigée par Bill Allison à l'université de Cambridge (Royaume-Uni) et Bodil Holst à l'université de Graz (Autriche), se sont déjà lancés dans la réalisation des premiers prototypes de microscopes atomiques avec ces miroirs. D'après eux, les premières images seront prêtes l'année prochaine !

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