Microscopie électronique

 

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L'idée de base est de profiter de la dualité onde-corpuscule pour faire diffracter un faisceau d'électrons par une matière ordonnées. En effet, tout électron plaçé dans une différence de potentiel V acquiert une énergie électrique U = e×V. Si ces électrons sont dans le vide, ils vont être accélérés et acquérir grâce à cette différence de potentiel une énergie cinétique K = V. Le potentiel V permet donc de fixer l'impulsion p des électrons selon:

D'après la relation de De Broglie, cette impulsion est équivalente à une longueur d'onde l:

Maintenant la limite de résolution d'un microscope est donnée par d = 0,6×l/sin q, où q est l'angle maximum que peut capter l'objectif. Pour la lumière q > 30°, et l'on peut donc avoir une résolution voisine de la longueur d'onde incidente (d ~ l). Pour les électrons q < 0,4°, entraînant une résolution au mieux égale à 100 fois la longueur d'onde.

Ceci permet donc de régler la longueur d'onde des électrons grâce à la différence de potentiel V. Dans la pratique V ~ 100 kV entraînant une longueur d'onde l ~ 0,04 Å, valeur suffisamment faible pour pouvoir observer les atomes et les molécules. Lorsque tu envoies un tel faisceau d'électrons sur de la matière organisée, il se comporte exactement comme un faisceau de lumière:

diffelew.jpg (27758 octets)

Les faisceaux transmis convergent au foyer O du plan focal. Les faisceaux diffractés avec un angle 2q par rapport au faisceau transmis convergent au point noté Phkl. Le cliché de diffraction, constitué de réflexions ponctuelles, est situé dans le plan focal de l'objectif. Le diaphragme d'aire sélectionnée sert à isoler la zone diffractante du cristal.

Par exemple, voici une image d'un cristal moléculaire d'hexadécachlorophtalocyanine de cuivre (perchlorée afin d'augmenter la concentration en électrons dans la molécule) vue en diffraction électronique:

Phtalow.jpg (30188 octets)

Les parties bleues correspondent aux régions très pauvres en électrons (vide) et les parties rouges aux régions très riches (Cu). Le vert correspond aux atomes de carbone ou d'azote et le jaune aux atomes de chlore. Comme tu peux le constater, la forme de la molécule dessinée au tableau par les chimistes (gauche) et l'image observée en diffraction électronique (droite) correspondent parfaitement.

Il est donc possible de nos jours d'observer directement les atomes et les molécules. Avec les microscopes à champ proche, on est même capable de manipuler directement les atomes pour fabriquer des assemblages comme celui-ci où 48 atomes de fer ont été amenés un par un pour former un cercle:

fe48afmw.jpg (19872 octets)

Le cercle agit comme un véritable résonateur électronique dont les modes de résonance sont visibles avec un rugosité de 1 pm.

Page inspiré du livre:

P. Hawkes, Électrons et Microscopes, CNRS Éditions, Belin (1995).

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 26/09/99.