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Quand le microscope fait le point en deçà de l'Angström

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Des chercheurs du Laboratoire National d'Oak Ridge au Tennessee et Nion, une compagnie de l'Etat de Washington, présentent des images d'un cristal à une échelle inférieure à l'Angström : on y distingue nettement deux rangées d'atomes distantes de 0.78 Angström !

STEM PHILIPS CM 30

Cette prouesse repose sur leur mise au point d'une technologie permettant de corriger les aberrations des microscopes électroniques en transmission à balayage.

L'expérience : les aberrations induites par les lentilles magnétiques limitait la résolution des microscopes électroniques à environ 1.5 Angströms (soit 1.5x10-10 mètres, à peine plus que la distance typique entre 2 atomes).

Pour résoudre ce problème, Stephen Pennycook d'Oak Ridge et ses collègues ont mis au point un correcteur d'aberration, fabriqué par Nion, et l'ont placé sur leur microscope électronique en transmission. Ce correcteur est une lentille magnétique pilotée par un logiciel capable d'analyser toutes les aberrations axiales du microscope en moins d'une minute et d'ajuster automatiquement les corrections pour les compenser.

Les résultats : Les chercheurs ont testé leur dispositif en faisant l'image d'un cristal de silicium dont on sait que les rangées d'atomes sont distantes de 0.78 Angströms. Avant correction, la résolution maximale des images était de 1.3 Angströms ; après correction, il est devenu possible de distinguer les rangées individuelles d'atomes

A. Image en champ sombre annulaire d'un cristal de silicium (orientation 112) obtenue avec un microscope électronique en transmission à balayage dont l'aberration a été corrigée. B. La même image après filtrage “passe-bas” pour réduire le niveau de bruit et correction des effets de dérive durant le balayage. Image et texte original : Science 305 1741.

A présent, l'équipe veut explorer la possibilité d'utiliser leur dispositif pour des images en 3D.

Pour mieux comprendre cette Actu : la microscopie électronique en transmission (MET ou TEM, acronyme anglais de Transmission Electron Microscopy) est basée sur le principe suivant : un faisceau d'électrons est émis par un canon à électrons, focalisé sur un échantillon (un morceau de cristal, par exemple) à l'aide de lentilles électromagnétiques et la traverse ; on construit l'image de l'échantillon en recueillant et en analysant le faisceau d'électrons qui l'a traversé et en analysant quelle partie du faisceau incident a effectivement été transmise.

La longueur d'onde des électrons étant du même ordre de grandeur que les liaisons atomiques, toute structure cristalline est immédiatement visualisée sous la forme d'une figure de diffraction facilement reconnaissable.

Voir en deçà de l'Angström était donc un peu la quête du Saint Graal : atteindre ce degré de précision signifie être capable d'étudier des structures au niveau de chaque atome séparément. Pour l'instant, on arrivait à obtenir des informations en deçà de l'Angström, en traitant les résultats expérimentaux a posteriori, sans pouvoir obtenir ces informations directement.

Référence : P D Nellist et al. 2004 Science 305 174

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