Un nouveau microscope de pointe inauguré au CEMES-CNRS
Publié par Redbran le 30/09/2019 à 14:00
Source: CNRS
Le Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) du CNRS a récemment développé une méthode innovante permettant de scruter les propriétés de la matière à de très petites échelles de temps et d'espace. Afin de valoriser cette découverte et de la rendre accessible à toute la communauté, chercheurs français du CEMES-CNRS et ingénieurs japonais de l'entreprise Hitachi High-Technologies Corporation (HHT) se sont rapprochés et ont conçu un nouveau microscope dans le cadre du laboratoire commun HC-IUMi (Hitachi-CNRS Infrastructure of Ultrafast Microscopy) sur lequel cette méthode sera transférée et optimisée. Cet équipement de pointe est inauguré le 24 septembre à Toulouse.


Nouveau microscope au Japon avant démontage
© Florent Houdellier, directeur du laboratoire commun HC-IUMi

Les relations entre le CEMES-CNRS et HHT ont débuté dès 2009, alors que le laboratoire français cherchait à acquérir un nouveau microscope électronique en transmission (MET) permettant de réaliser des expériences impossibles avec des instruments conventionnels. Français et Japonais ont ainsi collaboré pour mettre au point (Graphie) un microscope unique en son genre répondant pleinement aux besoins de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...).

La MET offre une excellente résolution spatiale, mais possède une faible résolution temporelle. Elle permet en somme d'étudier des phénomènes physiques à l'échelle atomique à un instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) donné, et non de suivre leur évolution dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Pour dépasser cette limite, les chercheurs du CEMES ont développé une source cohérente d'électrons ultra-rapide, unique au monde (Le mot monde peut désigner :), qu'ils ont de prime abord installé sur un vieux microscope d'HHT. Ce canon d'électrons permet de générer des impulsions électroniques ultra-courtes (quelques centaines de femtosecondes) grâce au couplage d'une nano-pointe métallique et d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) ultra-rapide.

Dans le cadre du laboratoire commun HC-IUMi, créée en 2018, cette source sera installée sur un nouveau microscope moderne dont certains éléments clés ont été conjointement conçus par HHT et le CEMES afin de tirer parti d'un maximum des potentialités de la nouvelle technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) ultrarapide. En effet, l'utilisation d'une telle source pulsée cohérente combinée à ce microscope dernière génération permettra entre autres d'étudier des phénomènes physiques, tels que la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des champs électriques, magnétiques, ou de contraintes au sein de nanomatériaux sur des durées très courtes, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en les observant à l'échelle sub-nanométrique.

Le CEMES a réalisé six mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de travaux pour remplir les conditions nécessaires à l'installation d'un tel instrument (stabilité mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...), électromagnétique et acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la...) notamment). L'équipe franco-japonaise a aussi développé une nouvelle lentille dite "double stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un lieu...)" permettant l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) du faisceau laser dans deux positions au sein de la colonne optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). La fabrication de cette lentille a été réalisée par HHT et les premiers tests ont été achevés avec les équipes du CEMES à l'usine d'HHT à Hitachi Naka (Japon) avant le déménagement (Un déménagement est une action qui consiste à ôter tout ou partie des biens mobiliers contenus dans un local pour les transporter vers un autre. Il peut concerner un logement, des bureaux, un local commercial, une usine,...) du microscope vers Toulouse au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons...) 2019.

En combinant cette lentille à la source d'électrons cohérente ultrarapide et à divers accessoires, ce nouveau microscope permettra de développer des nouveaux modes d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...). Cet instrument unique offrira au CEMES-CNRS, ainsi qu'à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) de la communauté internationale, l'opportunité d'étudier la dynamique ultrarapide de la matière sur des échelles allant du micrométre à l'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 chimiquement avec une autre. La théorie...) et venant ainsi appuyer des pans de la recherche aussi divers que la nanoptique, le femtomagnétisme, la mécanique vibrationnelle, la femtochimie et pourquoi pas la dynamique des macromolécules biologiques.


Chercheurs du CEMES manipulant le prototype de MET ultra-rapide cohérent "FemtoTEM"
© Cyril Fresillon, photothèque CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

Contacts chercheurs:
- Florent Houdellier - Ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en...) de recherche CNRS et directeur du laboratoire commun HC-IUMi
florent.houdellier at cemes.fr

- Yoshifumi Taniguchi - Ingénieur Hitachi High-Technologies et directeur adjoint du Laboratoire commun HC-IUMi
yoshifumi.taniguchi.gz at hitachi-hightech.com

- Alexiane Agullo - Attachée de presse CNRS
alexiane.agullo at cnrs.fr
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