Des impulsions d'électrons sur mesure pour améliorer la microscopie électronique
Interaction des électrons libres
Les microscopes électroniques offrent une vue unique des structures à l'échelle nanométrique, mais leur résolution est limitée par la répulsion mutuelle des électrons. Des chercheurs de Göttingen ont maintenant réussi à mesurer précisément l'influence de ces interactions. Ils ont découvert une "empreinte énergétique" dans laquelle la distribution des vitesses des électrons est caractéristique de leur nombre respectif. Cette découverte a permis à l'équipe de mettre au point une méthode susceptible d'accroître les performances des microscopes électroniques existants et d'ouvrir une nouvelle interface entre la microscopie électronique et la technologie quantique.
Notre compréhension des phénomènes à l'échelle nanométrique repose en grande partie sur les performances des microscopes modernes. Par exemple, les microscopes électroniques à transmission atteignent aujourd'hui couramment une résolution atomique. Dans ces microscopes, des électrons sont envoyés à travers l'objet étudié pour obtenir une image, un peu comme dans un microscope optique. Les microscopes électroniques peuvent ainsi visualiser les structures moléculaires, l'ordre atomique dans les solides et la forme des nanoparticules.
Cependant, le contraste et la résolution des microscopes électroniques sont limités, entre autres, par les interactions entre les électrons : lorsque deux électrons se rapprochent l'un de l'autre, ils se repoussent mutuellement en raison de la force de Coulomb. Cela limite la luminosité maximale utilisable d'un faisceau d'électrons. Des chercheurs dirigés par Claus Ropers, directeur de l'Institut Max Planck (MPI) pour les sciences multidisciplinaires, ont maintenant résolu et analysé pour la première fois la répulsion entre les électrons individuels dans le microscope. Grâce à ces nouvelles connaissances, ils ont mis au point des méthodes qui utilisent cette répulsion interparticulaire.
Des électrons comptés
"Les électrons dans un faisceau sont distribués de manière aléatoire. On ne peut donc pas contrôler les imprécisions introduites par les forces de Coulomb", explique Rudolf Haindl, premier auteur de l'étude récemment publiée dans la revue scientifique Nature Physics. Mais lorsque les physiciens utilisent un laser pour générer des électrons sous forme d'impulsions ultracourtes, ils créent également des paquets contenant exactement deux, trois ou quatre électrons. Ces électrons sont étroitement confinés dans l'espace et le temps, de sorte qu'ils interagissent les uns avec les autres. À l'aide d'un spectromètre et d'un détecteur basé sur les événements, l'échange d'énergie entre les électrons dans une impulsion devient visible. "Selon le nombre d'électrons dans une impulsion, les électrons se repoussent à des degrés différents, ce qui nous a permis de déterminer une empreinte énergétique pour le nombre d'électrons dans une impulsion", souligne M. Haindl.
De nouvelles possibilités
Sur la base de ces résultats, l'équipe a mis au point de nouveaux schémas d'utilisation des états multi-électroniques dans les microscopes électroniques. "Nous avons élaboré une procédure qui nous permettra à l'avenir de générer des impulsions d'électrons avec un nombre fixe d'électrons. Cela peut augmenter considérablement les performances des microscopes électroniques dans la recherche fondamentale et les applications technologiques, par exemple dans la fabrication de semi-conducteurs", explique Armin Feist, co-auteur et physicien dans l'équipe de Ropers.
Le directeur de Max Planck, M. Ropers, ajoute : "Outre les implications pour la microscopie électronique et la lithographie, nous pensons que les électrons sont également "intriqués" sur le plan de la mécanique quantique, c'est-à-dire qu'ils sont liés les uns aux autres d'une manière quantique spécifique, ce qui ouvre une nouvelle interface entre la microscopie électronique et la technologie quantique.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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