Plus de détails à propos du microscope à effet tunnel

La mise en oeuvre expérimentale du microscope à effet tunnel repose sur le principe suivant. Une pointe, en général de tungstène (ou Pt-Ir), est solidaire d'un trièdre de trois céramiques piézo-électriques (X, Y, Z). La céramique Z contrôle la distance de la pointe à la surface à analyser, tandis que X et Y permettent le déplacement de la pointe parallèlement à celle-ci. Le courant tunnel est en fait asservi à une valeur de référence et on agit en conséquence sur la tension appliquée à la céramique Z de façon à maintenir le courant tunnel constant. Cette tension est alors enregistrée en fonction de la position latérale de la pointe au-dessus de la surface. Les points expérimentaux les plus délicats sont, d'une part, l'isolation du microscope vis-à-vis des vibrations extérieures, d'autre part, la caractérisation de la pointe. En effet, l'ordre de grandeur des corrugations attendues sur la surface de l'échantillon est tel que la distance pointe-surface doit être contrôlée à mieux qu'environ 0,01 nm!
Il faut donc maintenir le niveau de vibration de la pointe par rapport à la surface en dessous de cette limite. Des moyens complémentaires sont mis en oeuvre, car il faut non seulement filtrer les vibrations extérieures mais également rendre le dispositif aussi rigide que possible. Les microscopes qui ont été construits depuis 1983 diffèrent par les priorités accordées à l'un ou l'autre de ces aspects. Le premier microscope mis au point par G. Binnig et H. Rohrer était découplé des vibrations ambiantes par un dispositif à lévitation magnétique. Depuis, la technologie s'est simplifiée, la plupart des appareils utilisent des dispositifs à base de ressorts et de matériaux absorbants tels que le viton. Pour le microscope actuellement le plus répandu, les vibrations sont filtrées par un empilement de plaques d'acier séparées par des morceaux de caoutchouc viton.
Un autre aspect de cette microscopie qui ne cesse de progresser concerne le traitement de l'information. On mesure dans l'expérience un signal Z(X,Y), Z indiquant le relief et (X,Y), les coordonnées d'un point quelconque de la surface. Ce signal électronique est enregistré à l'aide d'un ordinateur et transformé en nuance de gris. En général, les points les plus hauts sont blancs, les plus bas noirs et les points intermédiaires convertis en nuances de gris. Différentes représentations sont alors possibles, vue de dessus, perspectives, couleurs, etc.
La pointe est l'un des éléments clés du microscope, car c'est elle qui détermine la résolution de l'appareil. La préparation des pointes reste encore, dans la plupart des cas, empirique. Les méthodes de préparation utilisent une attaque électrochimique: les pointes doivent non seulement avoir une taille (rayon de courbure 0,1 nm) et une forme adaptées, mais également être stables dans le temps.
L'effet tunnel sur lequel repose le fonctionnement de ce microscope existe dès que deux métaux ou deux conducteurs sont séparés par une barrière isolante. Celle-ci peut être le vide, mais aussi l'air, un liquide quelconque, un isolant (oxydes, nitrures, etc.). C'est cette large gamme d'utilisations qui donne à la microscopie tunnel toute son importance. En effet, on peut aussi bien étudier en ultravide des surfaces très propres pour faire de la physique des surfaces que se placer à l'air pour observer des objets inertes chimiquement ou voir comment débute une oxydation, ou encore observer des objets biologiques dans leur milieu liquide naturel, etc.

↑ Retour Microscope   ♦   ↑ Retour Frise   ♦   ↑ Retour Accueil