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On a vu des atomes d'azote et de bore !

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L'observation individuelle d'atomes d'éléments légers est une prouesse longtemps restée impossible. Des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) viennent pourtant d'obtenir, par microscopie électronique, des images montrant clairement des atomes de bore et d'azote associés les uns aux autres. C'est une première.

Dans le cercle vert, on distingue, par leur aspect brillant, les atomes d'azote et, plus sombres, les atomes de bore. L'image a été obtenue à l'aide d'un microscope électronique à transmission en champ sombre. Celle du bas est une version corrigée des effets d'aberrations. Crédit : Oak Ridge National Laboratory

A la fin du XIXe siècle, la théorie atomique, malgré sa capacité à reproduire et expliquer un grand nombre de phénomènes, était encore considérée comme de la métaphysique non scientifique par beaucoup de chercheurs. L'un des arguments utilisés pour balayer les travaux des pionniers du domaine, comme Ludwig Boltzmann, était que des atomes ne pouvaient être observés et donc qu'il n'était pas possible d'en démontrer l'existence.

Ce genre de raisonnement nous semble stupide aujourd'hui et la performance que viennent de réaliser un groupe de chercheurs de plusieurs universités à l'aide d'un microscope électronique en champ sombre avec anneau le démontre à nouveau.


Le physicien Stephen J. Pennycook montre les images, obtenues avec un microscope électronique, d'atomes d'azote (nitrogen en anglais), qui apparaissent en teinte claire, de bore (boron), plus sombres, de carbone et d'oxygène. Crédit : Oak Ridge National Laboratory

L'observation d'atomes individuels a été obtenue depuis des dizaines d'années mais pour des éléments lourds, comme le fer. En revanche, celle d'atomes légers, comme l'hydrogène, ne date que de quelques années. Les membres du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont récemment publié dans Nature un article montrant qu'ils étaient parvenus à distinguer des atomes de carbone, d'oxygène, d'azote et de bore associés dans un échantillon de nitrure de bore.

Il a fallu pour cela appliquer la technique de microscopie en champ sombre avec anneau à l'aide d'un microscope électronique en transmission. Mais surtout, l'élément déterminant est la puissance des ordinateurs modernes qui permet d'utiliser des algorithmes de filtrage et de correction des aberrations des lentilles électroniques connus depuis des années. Les spécialistes en nanosciences et nanotechnologies disposent donc maintenant d'un outil de plus pour explorer et maîtriser le nanomonde.

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