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Module expérimental "Microscopie électronique, structure atomique de la matière et nanoobjets "

L'essor récent des nanosciences et nanotechnologies est étroitement lié au développement des techniques et d'instruments d'analyse de haute performance. Parmi ces instruments, le microscope électronique en transmission (TEM) se différencie non seulement par son pouvoir de résolution spatiale qui dans des machines de pointe atteint l'échelle atomique mais aussi par la multitude de techniques d'analyse de structure, de composition chimique et de propriétés électroniques qu'il permet employer, et enfin également par la possibilité de combiner lesdites techniques et l'observation à l'échelle atomique avec la manipulation mécanique à précision subnanométrique, le transport électrique, la nanoindentation, la photoexcitation, la cathodoluminescence, les hautes et les basses températures, la croissance des nanoparticules, la microscopie à force atomique, la microscopie à effet tunnel et d'autres types d'expériences en son sein (dites expériences TEM in-situ) ce qui transforme le microscope électronique en transmission en un véritable nanolaboratoire.

Le MODAL "Microscopie électronique, structure atomique de la matière et nanoobjets" permettra aux élèves de découvrir non seulement la structure de la matière à l'échelle atomique mais aussi les nanoobjets à travers la microscopie électronique en transmission. En utilisant l'éventail de techniques de caractérisation offertes par le centre de microscopie électronique de l'École Polytechnique (CIMEX), les élèves caractériseront des objets nanométriques par différentes techniques de la microscopie électronique, telles que l'imagerie en champ clair (BF) et en champ sombre (DF), la diffraction électronique en sélection d'aire (SAED) et l'imagerie en haute résolution (HRTEM). Des séances théoriques sur la physique de la microscopie électronique compléteront les séances expérimentales et permettront d'interpréter les observations expérimentales. Ainsi, les élèves démontreront qu'une expérience en microscopie électronique n'est pas une simple prise d'image mais une expérience avec plusieurs paramètres à choisir et avec des résultats à interpréter en relation avec ces paramètres. En même temps, ils synthétiseront et/ou se familiariseront avec les nanoparticules et les nanofils métalliques, des matériaux fortement intéressants tant du point de vue fondamental que de celui des applications et en plein focus de la recherche actuelle.

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Figure 1 : La résolution en imagerie du microscope électronique  en transmission peut atteindre la résolution atomique. L'image montre des colonnes atomiques (taches blanches) dans une nanoparticule d'argent (échelle : approximativement 8nm x 8nm).                                                                                                                                                                                           

                                     

Figure 2 : Les propriétés ondulatoires du faisceau électronique utilisé dans le microscope électronique en transmission donnent lieu à des phénomènes de diffraction. L'arrangement régulier des taches blanches dans l'image ci-dessus est une figure de diffraction électronique obtenue sur une feuille d'aluminium. La diffraction électronique permet d'obtenir une grande quantité d'informations sur la structure du matériau étudié, souvent bien plus que l'on ne peut obtenir par l'imagerie à l'échelle atomique.