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Posté par Michel le Jeudi 01/03/2007 à 00:00
Le premier microscope capable d’identifier des atomes
Des physiciens du Japon, d'Espagne et de la République Tchèque ont développé un nouveau microscope à force atomique (AFM) capable de procéder à un véritable relevé de l’identité chimique d’atomes différents disposés sur une surface. C'est un pas en avant par rapport aux AFM actuels, qui ne peuvent que détecter la position des atomes. Le dispositif détermine la composition et les structures locales en utilisant une méthode précise d'étalonnage, et peut même être utilisé pour manipuler des espèces atomiques spécifiques, une caractéristique qui pourrait permettre à des nanostructures d'être élaborées "atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant...) par atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...)".


Les chercheurs ont fait la démonstration de leur technique de « prise d’empreinte »
en distinguant des atomes d'étain (bleu) et de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) (vert)
déposés sur un substrat en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) (rouge)

L'AFM, inventé il y a 20 ans, est le meilleur outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) que les scientifiques possèdent pour examiner les atomes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) des isolants et des conducteurs. Dans son mode "dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :)" le plus précis, une minuscule sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) vibrante en diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui...) est passée au-dessus d'un matériau et enregistre les forces chimiques par le biais des variations des fréquences de résonance. Ces forces variables permettent aux scientifiques de reproduire une carte en 3 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) de la surface. Mais, bien que cette technique soit à même de discerner différents atomes, elle ne pouvait pas jusqu'ici distinguer leur identité chimique réelle, rendant difficile la détermination de la structure atomique.

Óscar Custance, de l’université d'Osaka, avec ses collègues espagnols et tchèques ont désormais démontré qu’un AFM pouvait établir l'identité chimique d’un matériau si sa composition fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) était déjà connue. Cette information fournit les concentrations relatives des atomes sur une surface, qui peuvent alors être corrélées avec la carte topographique (Une carte topographique est une carte à petite échelle représentant le relief déterminé par altimétrie et les aménagements humains d'une région...) normale de l'AFM pour en déduire la position des atomes de tel ou tel type.

Le défi principal de cette approche, cependant, est que les forces chimiques attractives responsables de la carte dépendent fortement de la qualité de l'extrémité de la sonde (pour faire simple, il n’est pas possible de garder une « empreinte » significative d’un type d’atome d’une mesure à l’autre). L'équipe de Custance a surmonté cet obstacle en inventant une méthode sensible d'étalonnage: la première étape consiste à effectuer des mesures détaillées des variations de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) sur la pointe en fonction de la distance pour différents atomes, et de stocker de nombreuses courbes force-distance. Les physiciens déterminent ensuite précisément les valeurs de l'attraction maximum sur chaque courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) et les comparent pour obtenir les valeurs relatives pour chacune des espèces atomiques.

Comme ces valeurs relatives ne dépendent plus d’aucun facteur externe tel que la pointe de la sonde, elles peuvent servir de références (« d’empreintes ») atomiques pour caractériser les surfaces des différents matériaux. "La possibilité d'identifier les atomes de cette façon pourrait multiplier les possibilités déjà exceptionnelles de l’AFM", affirme Custance.

Custance a également indiqué que cette fonctionnalité supplémentaire ouvrait la voie à de nouvelles applications dans le domaine des semi-conducteurs, permettant aux ingénieurs de fabriquer des dispositifs électroniques plus performants par dopage sélectif des transistors à l’échelle nanométrique.


Le microscope à force atomique est la sonde la plus largement utilisée
pour scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le sens de « parcourir une...) la surface des matériaux. L'image ci-dessus représente un AFM
en mode « dynamique" qui fait vibrer une sonde de diamant à la surface du matériau
et qui détecte les variations de la fréquence de la vibration; ces variations étant elles-mêmes
provoquées par les modifications des interactions chimiques (en vert)
entre le dernier atome de la pointe de la sonde et les atomes supérieurs de la surface.
Les scientifiques viennent de trouver un moyen de mesurer avec précision ces interactions
pour prendre les « empreintes » des différentes espèces atomiques

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Source: PhysicsWeb
Illustrations: Oscar Custance