Une nouvelle microscopie par rayons X pour explorer les nanostructures cristallines
La grande famille de la microscopie continue de s’agrandir et de nous aider à explorer la matière. Des chercheurs de l’Institut Fresnel et de l’Argonne National Laboratory aux États-Unis ont ainsi amélioré leurs propres techniques et développé une imagerie par ptychographie de Bragg retro-projetée. Elle fournit une imagerie 3D quantitative, en haute définition et à cadence accélérée. Ces travaux sont publiés dans Nature Materials.
Les rayons X permettent de sonder les propriétés fines des cristaux. L’instrumentation tombe cependant sur des écueils lorsque l’on souhaite imager à une échelle nanométrique, car les lentilles qui produisent les images sont peu efficaces pour les rayons X. Une équipe de l'Institut Fresnel (CNRS/Université Aix Marseille/École centrale Marseille) avait déjà contourné le problème en 2011 et présenté la ptychographie de Bragg. Cette technique très prometteuse pour l’étude non destructive des corps cristallins utilise la puissance d’une source synchrotron. L’astuce consiste à balayer par petits pas un faisceau de rayons X et d’enregistrer le signal correspondant. Des algorithmes exploitent ensuite cette grande quantité d’information pour reconstruire l’image complète de l’échantillon. Pour une imagerie 3D, cette opération est reproduite pour tous les angles de vue. Imparable mais très lourd, ce processus exige de nombreuses heures de mesures.
Afin d’améliorer et de démocratiser la méthode, les chercheurs se sont donc appliqués à réduire ces inconvénients. La grande quantité d’information récupérée lors du balayage du faisceau de rayons X permet en effet, sous certaines conditions ici respectées, d’effectuer les mesures avec un seul angle de vue. Les chercheurs sont ainsi parvenus à réduire la durée d’acquisition d’un facteur 100, celle-ci ne prend plus que quelques dizaines de minutes. Cela rend également le système plus stable car moins sensible aux perturbations extérieures. L’équipe souhaite à présent diffuser sa méthode et former des chercheurs à la ptychographie de Bragg retro-projetée, afin de poursuivre leur effort de démocratisation de la technique.
Ces travaux initient un programme de recherche qui vient d’être soutenu dans le cadre d’une bourse ERC Consolidator Grant.
Pour en savoir plus :
Lire aussi : Ptychographie de Bragg : quand la microscopie rencontre la cristallographie (ERC Consolidator Grant 2016 de Virginie Chamard)
© Institut Fresnel
Image tridimensionnelle des propriétés cristallines d’une piste de Silicium-Germanium obtenue par ptychographie de Bragg retro-projetée.
Références :
High-resolution three-dimensional structural microscopy by single-angle Bragg ptychography,
S. O. Hruszkewycz, M. Allain, M. V. Holt, C. E. Murray, J. R. Holt, P. H. Fuoss and V. Chamard
Nature Materials, 2016
dx.doi.org/10.1038/nmat4798