Une nouvelle méthode pour les microscopes électroniques à résolution atomique
Lentille électronique formée par la lumière
La microscopie électronique permet aux chercheurs de visualiser des objets minuscules tels que des virus, les structures fines de dispositifs à semi-conducteurs, et même des atomes disposés sur la surface d'un matériau. La focalisation du faisceau d'électrons à la taille d'un atome est essentielle pour obtenir une résolution spatiale aussi élevée. Cependant, lorsque le faisceau d'électrons passe à travers une lentille électrostatique ou magnétique, les rayons d'électrons présentent des positions focales différentes selon l'angle de focalisation et le faisceau s'étale au foyer. La correction de cette "aberration sphérique" est coûteuse et complexe, ce qui signifie que seuls quelques scientifiques et entreprises possèdent des microscopes électroniques à résolution atomique.
Illustration conceptuelle de la lentille électronique à champ lumineux. Un faisceau d'électrons (bleu) reçoit la force de focalisation d'un faisceau lumineux en forme de beignet (rouge) au niveau de la taille du faisceau lumineux. L'encart montre les détails de la zone de taille.
Yuuki Uesugi et al.
Des chercheurs de l'université de Tohoku ont proposé une nouvelle méthode pour former une lentille électronique qui utilise un champ lumineux au lieu des champs électrostatiques et magnétiques employés dans les lentilles électroniques classiques. Une force pondéromotrice fait que les électrons qui se déplacent dans le champ lumineux sont repoussés des régions à forte intensité optique. En utilisant ce phénomène, un faisceau lumineux en forme de beignet placé coaxialement avec un faisceau d'électrons devrait produire un effet de lentille sur le faisceau d'électrons.
Les chercheurs ont évalué théoriquement les caractéristiques de la lentille électronique du champ lumineux formée à l'aide d'un faisceau lumineux typique en forme de beignet - connu sous le nom de faisceau de Bessel ou de Laguerre-Gaussien. Ils ont ensuite obtenu une formule simple pour la distance focale et les coefficients d'aberration sphérique qui leur a permis de déterminer rapidement les paramètres de guidage nécessaires à la conception de la lentille électronique réelle.
Les formules ont démontré que la lentille électronique à champ lumineux génère une aberration sphérique "négative" qui s'oppose à l'aberration des lentilles électroniques électrostatiques et magnétiques. La combinaison de la lentille électronique conventionnelle avec une aberration sphérique "positive" et d'une lentille électronique à champ lumineux qui compense l'aberration a permis de réduire la taille des faisceaux d'électrons à l'échelle atomique. Cela signifie que la lentille électronique à champ lumineux pourrait être utilisée comme un correcteur d'aberration sphérique.
"La lentille électronique à champ lumineux présente des caractéristiques uniques que l'on ne retrouve pas dans les lentilles électroniques électrostatiques et magnétiques classiques", explique Yuuki Uesugi, professeur adjoint à l'Institut de recherche multidisciplinaire sur les matériaux avancés de l'université de Tohoku et auteur principal de l'étude. "La réalisation d'un correcteur d'aberration basé sur la lumière permettra de réduire considérablement les coûts d'installation des microscopes électroniques à résolution atomique, ce qui conduira à leur utilisation généralisée dans divers domaines scientifiques et industriels", ajoute Uesugi.
Pour l'avenir, Uesugi et ses collègues explorent les possibilités d'application pratique de la prochaine génération de microscopes électroniques utilisant la lentille électronique à champ lumineux.
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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