Nanosciences pour tous

Quel rapport entre cette ombre et les nanosciences ?

Par Evelyne Salançon

Au laboratoire, nous concevons et étudions des sources d’électrons dont les propriétés sont étonnantes. Nous espérons vous montrer dans cet article ce qui les différencie des autres types de sources...


Porte de la British Library (2005, C. G. P. Grey, http://www.cgpgrey.com/)

Comme pour cette photo, nous plaçons un objet sur le trajet des électrons et nous regardons l’ombre sur un écran situé plus loin. Mais, en ce qui nous concerne, il s’agira de « lumière » électronique (parce que les électrons se comportent comme la lumière(1))...

Expérience à faire chez vous...

Pour suivre les expériences que nous décrivons ici, vous pouvez vous munir d’une lampe de bureau... Regardez l’ombre de votre main sur un mur. Plus vous rapprochez votre main de l’écran, plus l’ombre est petite, plus vous la rapprochez de la source, plus l’ombre est grande. On peut donc grossir l’ombre des objets en utilisant cette méthode.
Mais, l’ombre devient floue lorsqu’elle grossit... Comment peut-on faire pour garder le grandissement tout en ayant une image nette ?
Prenez maintenant un carton noir (ou un tissu opaque) avec un trou dedans, placez-le devant la source de lumière et refaites l’expérience. Vous verrez que l’ombre obtenue est plus nette mais l’intensité lumineuse diminue.
Imaginez que vous ayez une source de lumière ponctuelle et intense, l’ombre sera alors bien nette. Mais, pour des objets de grande dimension, vous obtiendrez toujours ce qu’on appelle l’ombre « géométrique » de votre objet : C'est-à-dire la projection de votre objet sur l’écran.

Si maintenant vous prenez un très petit objet (un cheveu, par exemple) éclairé par une source de lumière intense, de même couleur, et semblant provenir d’un point (une telle source peut être obtenue en plaçant une lentille convergente devant un LASER), vous obtiendrez une ombre quelque peu différente de son ombre géométrique. Celle-ci est modulée par des traits clairs et sombres, on l’appelle l’ombre « physique » de l’objet.

Ombre chinoise d’un lapin

Alors que ce n’est qu’une ombre, notre cerveau associe instinctivement l’ombre géométrique à la forme d’un objet (ici,l’homme joue avec sa perception...)
Ombre « physique » d’un cheveu

Notre cerveau est incapable de reconstituer l’image de l’objet pourtant celle-ci contient l’information tridimensionnelle de l’objet (hologramme)...

A partir de l’hologramme, on peut reconstruire l’image de l’objet numériquement (avec un programme informatique). Dans ce cas, nous pouvons observer l’image agrandie de l’objet et en 3 dimensions.

Les sources d’électrons que nous fabriquons au laboratoire ont des propriétés équivalentes à celles des LASER en optique. Elles sont très brillantes : l’intensité émise est très importante et provient d’un point de taille sub-nanométrique.

Ces sources sont de différentes sortes : source à émission de champ (pointe ultrafine de tungstène) ou source à partir de minéraux isolants(2).

Dans les 2 cas, le principe de l’imagerie mise en œuvre est le même que celui décrit plus haut. Mais la taille des objets observables est plus petite avec les électrons(3).PrP


Principe du microscope électronique holographique en projection...

Hologramme électronique d’une pointe

Avec un microscope électronique holographique en projection, nous pouvons observer des objets dont la dimension est de l’ordre du nanomètre.
Reconstruction de l’image de la pointe

Si on place deux objets entre la source et l’écran (distants de quelques μm), la reconstruction donnera un objet net à une distance puis l’autre objet à une autre distance (mise au point).

(1) http://fr.wikipedia.org/wiki/Dualité_onde-corpuscule
(2) http://www.cinam.univ-mrs.fr/cinam/spip.php?page=perso&name=salancon
(3) http://fr.wikipedia.org/wiki/Microscope_électronique