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Les microscopes

Les microscopes ont changé : aujourd'hui, ils ne sont pas seulement des yeux ultrasensibles mais aussi... des mains ! Cette "mutation" ouvre de grandes perspectives pour l'exploration et la compréhension de l'infiniment petit. Tour d'horizon des microscopies de pointe.

Mai 2008

Nanofils d'oxyde de zinc. Crédit : CEA

1. Les microscopes, explorateurs de l’infime

Il est loin le temps des microscopes optiques ! Les recherches en micro et nano technologies se pratiquent à des échelles que seuls les instruments récents peuvent explorer. Et dans ce domaine, ce sont les différentes propriétés physiques des matériaux qui déterminent les applications. Or, pour les microscopes, l’équation est similaire : les différentes propriétés physiques font des images différentes ! D’où la nécessité de recourir à une grande variété d’instruments pour étudier toutes les caractéristiques des différents nano-objets.

Le microscope électronique à balayage (MEB)

2. Le microscope électronique à balayage (MEB)

Le plus versatile des microscopes de la plate-forme de nano caractérisation de Grenoble est un microscope électronique à balayage capable de fournir des images topographiques très précises ainsi que plusieurs informations physiques et chimiques qui guideront les examens complémentaires.

Image de plots de silicium dopé au bore. © CEA/N.Chevalier

3. Le microscope à force atomique (AFM), simple et polyvalent

Vu de très près, la surface d’un matériau est un vrai champ de forces. Les atomes « crochus » s’attirent et ceux qui sont déjà liés à d’autres repoussent les intrus.

Le ToFSIMS Analyste de haut vol

4. Le ToFSIMS Analyste de haut vol

Analyser en direct la composition chimique locale des matériaux est l’affaire du « spectromètre à temps de vol » d’ions secondaires. Très utile, cet instrument permet de connaître la pollution chimique de surface d’un échantillon et de distinguer les différents isotopes des atomes qui le constituent. Le ToFSIMS est de plus capable de sonder les échantillons en profondeur.

Le spectromicroscope de photo-électrons XPEEM

5. Le spectromicroscope de photo-électrons XPEEM

Champion de l’analyse des surfaces Ancienne, l’idée de regarder un échantillon avec des rayons X ne s’est concrétisée qu’avec les progrès de la spectrométrie*. Ici, ce sont les rayons X et leurs photons très énergétiques qui arrachent des électrons - les « photo-électrons » - au matériau.

Des nano particules comportant du platine donnent une surface très étendue multipliant le pouvoir catalytique de cet élément. © CEA

6. Et demain ? Vers la troisième dimension

Toujours planes sur les écrans, les images de certains microscopes laissent percevoir des informations chimiques, électriques ou magnétiques. Autant de parcelles d’une vision intelligente de la matière : un paysage avec ses « odeurs » (la chimie), sa « météo » (la température, l’humidité) ou ses particularités électriques et magnétiques.

C.Reyraud