INSTRUMENTATIONUn pas de géant dans l'infiniment petitDes chercheurs allemands et américains ont sensiblement amélioré le principe des microscopes à sondes, qui bouleversent la science des matériaux depuis dix ans.

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INSTRUMENTATION

Un pas de géant dans l'infiniment petit

Des chercheurs allemands et américains ont sensiblement amélioré le principe des microscopes à sondes, qui bouleversent la science des matériaux depuis dix ans.



En perchant un microscope à balayage à effet "tunnel" au sommet de jambes en piézo-céramiques, les chercheurs de l'institut de physique nucléaire de Jülich, en Allemagne, suivis par ceux du laboratoire américain Lawrence Livermore (LBL), ont réussi à franchir une étape supplémentaire vers l'infiniment petit. Ils ont pu obtenir ainsi des images saisissantes de jonctions de semi-conducteurs ou de dopants dans les mêmes semi-conducteurs avec une netteté sans précédent. En micro-électronique et en physique du solide, mieux voir revient à mieux comprendre et donc à mieux optimiser les matériaux. Dans le cas du dopage des semi-conducteurs on sait que la distribution des atomes de dopants et la géométrie du matériau jouent un rôle critique dans les propriétés obtenues.

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Le microscope à balayage à effet tunnel est l'une des avancées majeures de l'instrumentation au cours des dix dernières années, au moins au même titre que la PCR pour les biochimistes. La microscopie électronique classique se contente d'utiliser la logique du microscope optique en substituant à la lumière visible (limitant la résolution à 250 nanomètres) un faisceau d'électrons. Entre autres inconvénients: nécessité de travailler sous un vide poussé et risque de détériorer l'échantillon. En 1982, Gerd Binnig et Heinrich Roher, deux chercheurs d'IBM à Zürich, inventaient le microscope à effet tunnel, pour lequel ils devaient recevoir un prix Nobel en 1986. L'invention, qui ouvrait le chemin à une nouvelle famille de microscopes à sondes, consiste à amener une pointe de métal chargée d'électricité à quelques distances atomiques de la surface à étudier. A cette échelle règne la physique quantique qui explique l'effet tunnel, c'est-à-dire le saut spontané d'électrons entre l'échantillon et la pointe. La collecte et la mesure de ce courant tunnel permet de reconstruire la topographie de la surface. Les microscopes à sondes atteignent un grossissement de l'ordre du million et fournissent une information tridimensionnelle tout en effectuant des mesures physico-chimiques. Cela sans être confinés au vide.

Un modèle amélioré

L'innovation des chercheurs de Jülich et de Lawrence Livermore c'est d'avoir perché la pointe de lecture du microscope au sommet de trois jambes en piézo-céramiques, capables de se plier légèrement sous l'action d'un courant. Le microscope fait ainsi d'une pierre deux coups: il peut se déplacer de lui-même, à l'échelle du nanomètre, par translation et rotation et sa géométrie lui assure une bien meilleure stabilité, conduisant à des images d'une netteté incomparable. Le premier modèle, réalisé en Allemagne, a été reproduit par les chercheurs américains du LBL, qui l'ont depuis amélioré en appliquant le même principe à un microscope à force atomique, lequel n'est pas limité à des échantillons conducteurs. Ce dernier, une autre invention de Gerd Binnig (avec Calvin Quate), est un raffinement dans lequel une cartographie de surface est acquise en mesurant les interactions (attraction ou répulsion) entre l'échantillon et un bras dont le mouvement est mesuré et asservi grâce à la réflexion d'un faisceau laser.



USINE NOUVELLE - N°2468 -

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