Développement de supports MET pour l’injection de signaux radiofréquences

18 septembre 2024

A travers une collaboration avec les entreprises CISTEME et A3D Design, le CEMES a développé et réalisé deux nouveaux porte-objets pour l’injection in situ de signaux électriques de hautes fréquences. Les mesures réalisées démontrent qu’une bande passante de plusieurs GHz est désormais accessible. Ces instruments inédits pour la MET permettront des études dynamiques de systèmes excités électriquement avec une résolution temporelle inférieure à la nanoseconde.

Depuis plusieurs années, le CEMES développe des études de microscopie électronique en transmission (MET) sur des nanosystèmes soumis à des sollicitations in situ. Une partie de ces travaux a pour objectif de réaliser des expériences d’holographie électronique afin de cartographier quantitativement à une résolution sub-nanométrique les champs électriques et magnétiques de nanosystèmes et nanocomposants excités électriquement.

Cependant, les résultats obtenus jusqu’à présent sont issus d’études réalisées de manière statique et ne permettent pas d’accéder aux processus dynamiques. En particulier, le CEMES cherche depuis longtemps à développer une nouvelle méthode d’imagerie par MET d’ondes électromagnétiques radiofréquences (RF) dans les nanomatériaux magnétiques (ondes de spins). Pour cela, l’un des enjeux consiste à injecter des signaux de plusieurs GHz in situ ou des signaux pulsés inférieurs à 1 ns à travers des porte-objets dédiés jusqu’à la nanostructure, ou sur des antennes à proximité. La bande passante limitée des porte-objets disponibles commercialement diminue fortement la puissance injectée et augmente considérablement la largeur des pulses électriques.

A travers une collaboration avec CISTEME (entreprise spécialisée dans l’étude des signaux RF) et A3D Design (entreprise spécialisée dans la réalisation mécanique de précision), deux chercheurs du CEMES et les membres du service mécanique du laboratoire ont développé et fabriqué deux porte-objets, l’un présentant 2 lignes RF et l’autre 4, chacun ayant une bande passante de 5 GHz avec moins de 3 dB de perte et jusqu’à 18 GHz avec moins de 10 dB de perte dans toute la gamme de fréquence.

De par leur compatibilité avec le microscope I2TEM dédié à l’interférométrie électronique et les expériences in situ, et le microscope HC-IUMi actuellement en cours de développement pour les études résolues en temps, ces portes objets permettront à court terme l’étude in situ des ondes de spin et de nombreux autres phénomènes dynamiques tels que le piégeage de charges lors des cycles de charge/décharge d’un nanocondensateur ou la cartographie des trajectoires de précession de vortex magnétiques.

Ce développement unique a été financé dans le cadre des projets EUR NanoX (SWIME), PRC ANR (EHIS 21-CE42-003) et PEPR SPIN (Spin Charac). Un dépôt de brevet est en cours d’étude.

Photo des porte-objets RF et mesure des pertes en dB en fonction de la fréquence

Contacts :
Christophe Gatel | christophe.gatel[chez]cemes.fr
Nicolas Biziere | nicolas.biziere[chez]cemes.fr