Physique et métrologie de la sonde atomique laser

 (a) Image FIM de la surface d’une pointe de MgO . (b) Evolution du band-gap en surface en fonction du champ électrique statique calculé par DFT sur un classer de MgO représenté en (c).

 

En moins d’une décennie, une formidable explosion du champ d’application de la sonde atomique tomographique a été observée. Confinée aux métaux au début des années 2000, l’invention de SAT à impulsion laser ultra-brève en 2004 au GPM a ouvert l’instrument non seulement aux semi-conducteurs, mais aussi aux oxydes.  Ce qui permet à cet instrument de nano-analyse quantitative d’être quasiment incontournable dans des domaines aussi divers que la micro-électronique, la photonique ou le nucléaire. Très récemment, cet instrument a même été invité dans d’autres domaines comme la géologie, ou la biologie. Dans toutes ces disciplines l’intérêt est le même, être capable de visualiser en 3D à l’échelle nanométrique la composition chimique avec une bonne quantitativité (i.e. une précision raisonnable sur la composition). Comme tout microscope, il est nécessaire de contrôler et de comprendre les caractéristiques métrologiques de l’instrument (justesse, fidélité, résolution spatiale, reproductibilité des résultats, champ d’application, champ de mesure).

 

Comprendre ces mécanismes physiques fondamentaux, émargeant sur de nombreux domaines (nano-optique, thermique ultrarapide, mécanique quantique, interaction rayonnement matière, physique du solide), permet de repousser aux limites les caractéristiques métrologiques de l’instrument et affine notre vision des mécanismes subtils à l’œuvre lors de l’analyse en sonde atomique. Ces résultants nous ont permis de pousser la technique à ses limites extrêmes avec des bonnes performances métrologiques. Comme simple exemple citons la compréhension  de la métallisation de surface des oxydes soumis au champ électrique intense existant sur un échantillon de sonde atomique. Cette compréhension permet d’adapter à un échantillon les meilleures conditions d’analyse.