Une source d’électrons ultra brillante à base de nano-cônes de carbone pour la microscopie électronique cohérente.

28 février 2012

En utilisant un nano-cône de carbone comme cathode à émission d’électrons par effet de champ à froid, des physiciens toulousains ont réalisé une source ultra brillante générant un faisceau d’électron particulièrement adapté aux expériences d’interférométrie électronique et de spectroscopie de perte d’énergies des électrons.


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Les améliorations spectaculaires des performances des microscopes électroniques en transmission ont été essentiellement dues à un travail sur les optiques de focalisation et notamment sur la correction des aberrations. Les sources d’électrons reposent en revanche sur des technologies vieilles de plusieurs dizaines d’années. Dans ce contexte, des physiciens du Centre d’élaboration de matériaux et d’études structurales (CEMES - CNRS) viennent de développer un nouveau type de source prometteur, tant par sa brillance que par les propriétés de cohérence de l’onde électronique émise. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans la revue Carbon.

La nouvelle source ultra brillante d’électrons a été obtenue grâce à l’utilisation d’une cathode en nano-cône de carbone. Le faisceau d’électrons est extrait au niveau de la pointe du cône par effet de champ froid. La forme de ces nano-cônes, à la fois longs et très pointus, est particulièrement bien adaptée à l’émission de champ, la taille de l’apex correspondant à celle d’un nanotube multi-parois. De plus, la robustesse du carbone a permis d’obtenir une brillance encore inégalée dans les sources d’électrons existantes, permettant ainsi la génération d’un faisceau d’une très grande cohérence spatiale et temporelle. Cette source a pu être montée dans un microscope électronique en transmission fonctionnant à une tension d’accélération de 200 kV. Les brillances réduites mesurées dans des conditions classiques d’utilisation d’un TEM, sont 5 à 10 fois supérieures à celles obtenues dans le cas de sources standards existantes. La dispersion en énergie du canon de 0.34 eV ainsi que la cohérence spatiale des électrons émergents mesurées par holographie électronique, sont elles aussi bien meilleures que les sources classiques. Cette propriété importante des électrons devrait permettre d’améliorer considérablement la sensibilité des techniques classiques d’interférométrie électronique.

: Cathode en nano-cône de carbone graphénique pour l’émission de champ froid d’électrons.

En savoir plus

New carbon cone nanotip for use in a highly coherent cold field emission electron microscope, Florent Houdellier, Aurélien Masseboeuf, Marc Monthioux, Martin J. Hÿtch, Carbon, 50, 2037-2044 (2012)