La microscopie et la tomographie électronique font partie des plus grandes réalisations en imagerie à l’échelle nanométrique, mais ces techniques souffrent d’un manque d’information sur la nature chimique des atomes imagés. La sonde atomique tomographique (SAT) fournit une alternative à la tomographie à l’échelle nanométrique avec une haute résolution chimique.
La SAT est une technique d’imagerie basée sur l’évaporation par effet de champ d’ions à partir d’un échantillon nanométrique en forme d’aiguille. La SAT combine une résolution spatiale inférieure au nanomètre avec une sensibilité chimique élevée sur l’ensemble du tableau périodique et de ses isotopes. La SAT est une technique en fort développement dans le domaine de l’analyse de la matière condensée. Initialement, elle était utilisée presque exclusivement pour l’analyse des métaux et alliages, mais ses domaines d’application se sont élargis au cours de la dernière décennie. Pour ouvrir cette technique aux semi-conducteurs et biomatériaux faiblement conducteurs, un éclairage laser impulsionnel ultraviolet (UV) est désormais utilisé pour contrôler le processus d’évaporation. Cependant, l’utilisation du faisceau laser induit une perte de résolution spatiale et chimique de l’instrument en raison de l’échauffement de l’échantillon sous éclairage laser. Les équipes du GPM et CORIA, deux laboratoires du CNRS, INSA et Université de Rouen Normandie, ont développé une approche innovante qui permet de s’affranchir des effets d’échauffement.
Cette approche s’appuie sur l’utilisation d’impulsions monocycliques dans le domaine THz pour déclencher l’évaporation ionique. Jusqu’à récemment, le couplage de ces rayonnements à faible énergie de photon avec des nanostructures métalliques a été abordé pour le contrôle de la dynamique électronique à l’échelle nanométrique. L’étude réalisée par les chercheurs du GPM et CORIA montre que l’exaltation de champ induite par des impulsions THz intenses en proximité des nanostrutures métalliques est suffisamment forte pour déclencher l’évaporation ionique par effet de champ sans impliquer aucun effet thermique.
Ceci ouvre des perspectives pour le développement d’une nouvelle génération de SAT pour l’analyse de la matière avec des résolutions spatiales et chimiques ultimes. Elle ouvre également la voie vers le développement de sources cohérentes de faisceaux de particules chargées pour l’imagerie, l’analyse ou la structuration de la matière à l’échelle submicronique.
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