Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Compter les électrons un par un

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Publié dans Physical Review Letters

Un des vieux rêves des physiciens est d’observer et de quantifier les éléments qui composent la matière ; les électrons font partie de ceux-là et jouent un rôle prépondérant dans de nombreuses propriétés. Si « voir » un électron reste pour l’instant impossible, détecter sa présence et le localiser est devenu possible avec les instruments dont disposent les physiciens du CEMES.

Potentiel électrique d’une nanoparticule de MgO

Par des techniques d’interférométrie électronique excessivement sensibles aux champs électrostatiques et magnétiques développées dans un microscope électronique à transmission qui possède une résolution spatiale inférieure au nanomètre (10-9 m), les chercheurs du CEMES ont pu détecter la présence d’électrons individuels et de les localiser sur un nano-objet. Les électrons accélérés dans un microscope se comportent comme une onde dont la phase permet d’obtenir une cartographie directe du champ électromagnétique. Plus précisément, l’information recueillie par interférométrie permet de mesurer et d’imager le potentiel électrostatique et le potentiel vecteur, c’est-à-dire des champs électrique et magnétique dans et au voisinage de l’échantillon. C’est au 19ème siècle que Gauss propose un théorème qui établit un lien direct entre le flux du champ électrique à travers une surface et la charge électrique contenue dans celle-ci. Ce théorème qui définit la notion de charge constitue une des 4 équations de Maxwell. Les chercheurs du CEMES se sont appuyés sur cette équation pour développer des expériences d’interférométrie électronique dans un MET afin de cartographier le potentiel électrostatique et en déduire les charges électriques contenues dans des nano-objets. Ce travail a permis d’aboutir à une technique très rapide et performante permettant de compter individuellement les charges élémentaires et de cartographier leur répartition à l’échelle du nanomètre à partir d’un hologramme.

L’outil dont disposent les chercheurs du CEMES se révèle particulièrement efficace pour l’étude de nanodispositifs (condensateurs, transistors,…), des densités de charges électriques dans les nanoparticules ou encore des processus d’émission de champ.

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Contact

Dr. Christophe Gatel - gatel chez cemes.fr

Références

Counting Elementary Charges on Nanoparticles by Electron Holography, C. Gatel1, A. Lubk 1,2, G. Pozzi 3, E. Snoeck1, et M. Hytch 1, Physical Review Letters 111, 025501 (2013)