Méthodes expérimentales de la physique Microscopie

Méthodes expérimentales
de la physique
Microscopie électronique
1. Introduction
Jean-Marc Bonard
jean-marc.bonar[email protected]
Année académique 08-09
1.1. Microscopie
1665…2008

Microscopie I
!Dictionnaire
"Microscopie - Étude de petits
objects à l’aide d’un microscope
"Microscope - Un instrument utilisé
pour obtenir une image agrandie de
petits objects et pour révéler des
détails de structure non visibles à
l’œil.
!Premiers microscopes
"Zacharias Janssen: microscope
composé ? (1590)
"Galileo Galilei: occhiolino (1609)
"Robert Hooke:
“Micrographia” (1665)
R. Hooke, Micrographia (1665)
http://www.ucmp.berkeley.edu/history/hooke.html
http://www.merckmedicus.com # Medical Library
# Dorlands Medical Dictionary
Microscopie II
!Un microscope, c’est
"Une source de “lumière”
"Une illumination (lentilles,
diaphragmes)
"Un échantillon (et un goniomètre)
"Une optique de grandissement
"Un détecteur, un œil, une plaque
photo
"…en principe !
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/index.html

Grandissement
!Grandissement
"Rapport entre taille réelle et taille de
l’image (œil, écran, tirage papier, …)
"Le grandissement n’est pas tout!
!Image nette: résolution
"! dimension d’un pixel
"! 1/1000 taille de la zone capturée sur
le négatif/la caméra
!Image de 10 cm
""scopie optique
$Résolution de 0.5 "m
$Grandissement max. de ~200x
""scopie électronique à transmission
$Résolution de 2Å
$Grandissement max. de ~500’000x
x10
x10
%
&
~
Microscopies électroniques
!Imagerie avec des électrons
"Résolution et profondeur de champ plus
élevées qu’avec des photons
!Méthodes complémentaires réunies en
un seul instrument
"Techniques très répandues
"Information structurale et chimique
!Microscopie électronique à balayage
(SEM, MEB)
"Image obtenue par balayage d’une sonde
!Microscopie électronique à transmission
(TEM, MET)
"Image obtenue de façon analogue au
"scope optique classique
!Principes radicalement différents!
Même échantillon observé en SEM et
en TEM (semi-conducteur II-VI)

Microscopies
Microscope
Résolution
Prof. de champ
Interaction avec matière
Environnement
Pixels/image
"optique"
(photons)
~ 0.3-1 mm
Faible
<<1mm @ 10!
Lumière (onde EM), isolant vs
conducteur
air, gas, vide, liquides
4000 x 3000
(1000 x 1000)
SEM
Microscope
électronique à
balayage
1-10 nm
Élevée
~ 1mm @ 103 !
Particule chargée / champ EM,
e- secondaires et rétrodiffusés,
transitions interbande et
ionisation
Vide (récemment: gas
p<50mbar)
1000 x 1000
(4000 x 3000)
TEM
Microscope
électronique à
transmission
0.2 nm
Élevée mais
échantillon est
mince...
Particule chargée / champ EM,
diffusion et diffraction des e-
Vide (gaz ou liquide dans
“cellules
environnementales”)
4000 x 3000
(1000 x 1000)
STM Microscope
à effet tunnel
latérale 0.2nm,
profondeur
0.01nm
Très faible
~100nm
Effet tunnel avec e-, densité
d’états
Milieux diélectriques
(vide, air, gaz, liquides)
512 x 512
AFM Microscope
à force atomique
latérale ~ 1nm,
profondeur
0.1nm
Faible ~10!m
Forces atomiques (van der
Waals, covalente, ionique),
friction, forces électro-statiques
+magnétiques
Vide, air, gaz, liquides
512 x 512
Source: P.-A. Buffat
Images
1 "m
Nitrure de titane
http://www.ccr.jussieu.fr/lple/Galerie.html
“Granules” solaires
http://science.msfc.nasa.gov/ssl/
pad/solar/feature1.htm
5 Mm

Images II
!Microscopie à transmission
5 "m
Al nanocristallin
Science 300, 1275 (2003)
Moelle osseuse
http://www.uq.edu.au/nanoworld/index.html
Al nanocristallin
Science 300, 1275 (2003)
Images III
Dislocations et fautes d’empilement dans SiC
Champ clair en TEM
http://www.gatan.com/image_lib/index.html
Fractures et microfractures dans un grès
Cathodoluminescence en SEM
http://uts.cc.utexas.edu/~rmr/CLweb