Les Défis du CEA n°158 mars 2011
Les Défis du CEA n°158 mars 2011
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°158 de mars 2011

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (200 x 297) mm

  • Nombre de pages : 20

  • Taille du fichier PDF : 2,7 Mo

  • Dans ce numéro : physique des particules, Alice au pays des origines.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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16 Tout s’explique ↖ PLUS D’INFORMATIONS SUR les défis du cea www.cea.fr mars 2011 Topographier et caractériser à l’échelle atomique la surface d’un matériau conducteur ou semi-conducteur : voici ce que permet le microscope à effet tunnel, Scanning Tunneling Microscope (STM), outil incontournable de nanocaractérisation. Il s’agit, pour sa pointe conductrice, de balayer une surface et d’échanger des électrons avec elle, grâce à l’effet tunnel. Un logiciel mesure et interprète ce courant électrique pour restituer une image. Le microscope à effet tunnel TEXTE : Claire Abou et Aude Ganier INFOGRAPHIE : Fabrice Mathé Déplacements sub-nanométriques de la pointe du STM. Tension d’1 V entre la pointe et la surface, distantes d’1 nm. UNE POINTE CONDUCTRICE Le STM est doté d’une pointe conductrice et ultrafine, se terminant par un seul atome. Grâce aux déformations d’une céramique piézoélectrique à laquelle elle est Échange d’électrons par effet tunnel entre les atomes de la pointe et de la surface. rattachée, elle peut effectuer des déplacements sub-nanométriques, horizontaux et verticaux. Ce système piézoélectrique assure un positionnement d’une très grande précision.
numéro 158 les d éfis du cea L’EFFET TUNNEL Balayage de la pointe à distance constante de la surface. Ce phénomène quantique permet aux particules de franchir des barrières de potentiel. Normalement (physique classique), si on lance des cailloux au-dessus d’un ravin, il faut leur donner une énergie suffisante pour qu’ils le Restitution numérique du relief et de la nature de la surface. FONCTIONNEMENT Une tension d’environ 1 volt est appliquée entre la pointe et la surface à étudier qui sont séparées par un espace vide d’à peine 1 nanomètre. Un courant électrique très faible, de l’ordre d’un milliardième d’ampère, se forme par effet tunnel. Il s’agit d’un échange d’électrons entre les atomes de la pointe et ceux de la surface. Le courant dépend de la distance entre la pointe et la surface. Cette distance est maintenue constante, au centième de nanomètre près, en commandant le système piézoélectrique de la pointe au fur et à mesure qu’elle balaie la surface. La trajectoire de la pointe, qui reproduit le relief de la surface, est alors analysée pour topographier la surface. Une spectroscopie atomique de la surface peut également être réalisée en faisant varier la tension entre celle-ci et la pointe. Cela permet, à l’échelle atomique, de localiser et mesurer les fines variations de conductance (potentiel de conduction d’électricité) et, ainsi, caractériser la surface du matériau.franchissent. Or (physique quantique), même si des électrons n’ont pas assez d’énergie, il existe une probabilité pour que certains d’entre eux traversent le ravin, comme s’ils empruntaient un pont invisible, par « effet tunnel ». AU CEA Les microscopes à effet tunnel sont très présents dans les laboratoires de caractérisation de la Direction des sciences de la matière du CEA. Dépendant de leur emploi (recherche technologique en micro et nanotechnologie ou recherche fondamentale), ils sont soit utilisés clés en main, soit assemblés par les chercheurs en vue de configurations spécifiques. Lorsqu’il s’agit de caractériser des surfaces non conductrices, les chercheurs utilisent des microscopes à force atomique, dont la pointe « gratte » ou « tapote » les atomes. 17



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