1.1 - Fonctionnement d'un microscope électronique : lentille objectif
1.2 - Adoucissement des conditions de diffraction de Bragg pour les électrons
1.3 - Approximation du cristal projeté et cas des interactions tridimensionnelles

Figure 4 - Construction d'Ewald $Figure 5 - Aspect des différentes zones de Laue de diffraction interceptées par le sphère d'Ewald$

2.1 - Approche expérimentale
2.2 - Transformation de Fourier d'objets bidimensionnels

$Figure 8 - Figures de diffraction d'un, deux et trois trous$ Tableau 1 - Correspondance entre l'espace direct et l'espace de Fourier

3 - INTERACTIONS DYNAMIQUES ENTRE ÉLECTRONS RAPIDES ET MATIÈRE

3.1 - Équation fondamentale de la diffusion des électrons rapides

$Figure 13 - Géométrie de la diffraction dans l'approximation des petits angles$
3.2 - Dérivation des équations dynamiques : un exemple

4 - ASSISTANCE PAR DES LOGICIELS POUR LA DIFFRACTION ÉLECTRONIQUE

5 - MODES DE DIFFRACTION ÉLECTRONIQUE AVEC UNE ONDE PLANE INCIDENTE

5.1 - Diffraction par sélection d'aire

$Figure 18 - Diagrammes de diffraction en sélection d'aire$ $Figure 19 - Indexation d'un cliché de diffraction symétrique d'un monocristal de silicium$ $Figure 21 - Alliage Ti48,5 Ni25 Cu25 Zr2,5 : diagrammes de diffraction de l'austénite$ $Figure 22 - Maclage fin dans Ru46 Nb54 en axe de zone [100]t et cliché de diffraction électronique associé (clichés K. Chastaing)$
5.2 - Microdiffraction

$Figure 23 - Effet du mode de réseau sur le diagramme de microdiffraction$ $Figure 24 - Effet d'un plan de glissement de type b parallèle à (001) sur le diagramme de microdiffraction$ $Figure 25 - Diagramme de microdiffraction pour une orientation <110> des précipités$ $Figure 26 - Diagramme de microdiffraction pour une orientation 001des précipités$

6 - ANALYSE DE FOURIER D'IMAGES HAUTE RÉSOLUTION NUMÉRISÉES

6.1 - Identification d'une phase non reconnue expérimentalement
6.2 - Symétrie cachée dans des nanostructures complexes
6.3 - Image de la phase locale

7 - CONCLUSION

Bibliographie & annexes

Article de référence | Réf : M4127 v1

Modes de diffraction électronique avec une onde plane incidente
Diffraction électronique : illumination parallèle

Auteur(s) : Richard A. PORTIER, Philippe VERMAUT, Bernard JOUFFREY

Date de publication : 10 mars 2008

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RÉSUMÉ

L'exploration de la matière peut se faire à l'échelle atomique grâce à l'interaction entre les atomes et un rayonnement incident, de longueur d'onde comparable ou inférieure aux distances interatomiques. Ainsi, la diffraction des électrons obtenue en pratique avec un microscope électronique délivre des informations d’une grande richesse sur le cristal. Cette technique fait interagir des électrons de haute énergie avec le potentiel cristallin d'un spécimen mince. Après une description sommaire d’un microscope électronique, cet article aborde les techniques utilisées à ce jour dans ces interactions matière et électrons rapides. Un de leur intérêt majeur est le caractère très local de l'information. En effet, il est possible d'obtenir des tailles de sonde de l’ordre du nanomètre.

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ABSTRACT

Matter can be explored at the atomic scale due to the interaction between atoms and an incident radiation of a wavelength comparable or inferior to interatomic distances. Thus, the diffraction of the electrons obtained in practice with an electron microscope provides extremely rich information on crystal. This technique makes high-energy electrons interact with the crystalline potential of a thin specimen. After having briefly described an electron microscope, this article presents the current techniques used for these rapid matter electron interactions. One of their major interest is the very local nature of the information. Indeed, it is possible to obtain sizes of probes of the order of the nanometer.

Auteur(s)

Richard A. PORTIER : Groupe de métallurgie structurale (UMR CNRS 7045) - École nationale supérieure de chimie de Paris
Philippe VERMAUT : Groupe de métallurgie structurale (UMR CNRS 7045) - École nationale supérieure de chimie de Paris
Bernard JOUFFREY : Laboratoire MSS-Mat (UMR CNRS 8579) - École Centrale de Paris

INTRODUCTION

Après avoir détaillé les caractéristiques de l'interaction rayonnement-matière et souligné les différences entre le rayonnement électronique, les rayons X et les neutrons dans les dossiers [M 4 125] et [M 4 126], nous allons nous intéresser à la diffraction des électrons obtenue en pratique avec un microscope électronique. Il s'agit donc d'électrons de haute énergie qui interagissent fortement avec le potentiel cristallin d'un spécimen mince dans des situations expérimentales différentes permises par la grande souplesse des conditions d'illumination que l'on peut obtenir avec un microscope moderne.

En premier lieu, à partir d'une description sommaire du principe de base d'un microscope électronique, nous verrons comment se réalisent les conditions de diffraction à l'infini (diffraction de Fraunhoffer [M 4 126]. De ce fait, il sera hautement formateur d'examiner la correspondance « géométrique » entre un objet bidimensionnel connu et son diagramme de diffraction obtenu en en réalisant la transformation de Fourier. Ensuite, nous examinerons les différents modes opératoires pour acquérir l'information dans l'espace réciproque [M 4 125], après avoir sommairement signalé la conséquence fondamentale liée à la diffraction des électrons rapides.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4127

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5. Modes de diffraction électronique avec une onde plane incidente

Examinons maintenant les différents modes de diffraction exploités en microscopie électronique lorsque le faisceau incident est préparé sous forme d'une onde plane. Notons qu'il n'est ni strictement monochromatique ni strictement parallèle. Néanmoins, les appareils modernes permettent de décrire les expériences de diffraction dans cette condition d'illumination.

5.1 Diffraction par sélection d'aire

Cette technique de diffraction fut la première méthode très utilisée. Les microscopes d'une ancienne génération avaient, en général, seulement deux lentilles condenseur en amont du spécimen afin de préparer le faisceau incident. Il résultait de cette situation que la préparation du faisceau incident sous la forme d'une onde plane incidente nécessitait d'étaler largement ce faisceau et, de ce fait, nous obtenons l'illumination d'une zone très large de l'échantillon. Or, généralement, la contribution des zones très épaisses de l'échantillon vient brouiller le cliché avec un fond continu important lié aux interactions inélastiques, et le rend parfois inexploitable. De plus, nous avons souvent besoin de réaliser un cliché de diffraction d'un grain unique dans un échantillon polycristallin ou d'un précipité de petite taille en évitant les contributions des régions voisines du spécimen. Pour cela, il n'est pas techniquement possible d'introduire un diaphragme au niveau de la région d'intérêt du spécimen. Une solution simple pour obtenir des clichés de diffraction de qualité est de sélectionner la partie de la zone illuminée de l'échantillon qui nous intéresse, en introduisant un diaphragme au niveau du plan focal image de la lentille objectif (figure 16). Par la conjugaison classique de l'optique traditionnelle des lentilles, il lui correspond un diaphragme virtuel situé au niveau du plan de l'échantillon (plan objet de la lentille objectif). La construction des faisceaux sur la figure montre que le cliché de diffraction dans le plan focal arrière de la lentille objectif n'admet de contributions que venant des faisceaux diffractés issus de la région sélectionnée par le diaphragme virtuel, celles des autres régions étant éliminées par le diaphragme réel. Cette sélection d'aire dans le plan image de la lentille objectif s'effectuant sur une image de l'objet déjà agrandie d'un facteur M par la lentille, la sélection sur l'objet...