Sonde laser
La sonde atomique tridimensionnelle laser

L’idée d’appliquer des impulsions de lumière pour éplucher la matière est ancienne. E. W. Muller l’avait déjà suggéré et tenta les premières expériences dans les années 1960. Dans les années 1980, G. Kellogg et T. T. Tsong  remplacèrent les impulsions électriques par des impulsions lasers de quelques ns sur une sonde unidimensionnelle. L’évaporation est alors activée thermiquement par élévation brutale de la température de quelques centaines de kelvins. En d’autres termes, au lieu d’abaisser brutalement la barrière de potentiel liant l’atome à la surface par une impulsion de champ électrique, on augmente transitoirement la température pour permettre à l’atome de surface de « sauter » cette barrière. Cette idée ne fut toutefois pas appliquée jusque-là aux sondes 3D pour plusieurs raisons. La première était la difficulté de focaliser le faisceau laser de manière reproductible à l’apex de la pointe. Un laser puissant, pulsé et extrêmement stable était requis pour garantir une conduite d’analyse reproductible. Ce type de laser n’est commercialement disponible que depuis quelques années. Avec l’augmentation des puissances lumineuses délivrées, on peut focaliser très faiblement rendant ainsi peu sensible toute dérive ou écart de focalisation.

Plus fondamentalement, l’élévation de température et la durée de l’impulsion thermique posent problème. La pointe étant très fine, sa conduction thermique est faible, de sorte que l’impulsion thermique durant plusieurs centaines de nanosecondes peut se superposer à la suivante, distante d’une fraction de ms (la fréquence de répétition des impulsions est de plusieurs kHz, voire bien plus). L’augmentation résultante de la température est donc plus importante. Cela se traduit par une dégradation des performances de l’instrument sur plusieurs points :

1/ la quantitativité des mesures de composition dans un alliage. Considérons un alliage binaire constitué d’atomes A et B et que le champ d’évaporation des atomes B est le plus faible (atomes moins liés à la surface). L’augmentation de la température de la pointe va favoriser l’évaporation préférentielle des atomes B au potentiel continu. Une partie des atomes B n’est donc pas détectée en coïncidence avec les impulsions. La concentration en B mesurée...