1 - SPÉCIFICITÉ DE LA DIFFRACTION DES ÉLECTRONS RAPIDES

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

Spécificité de la diffraction des électrons rapides
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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Transformées de Fourier

1. Spécificité de la diffraction des électrons rapides

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. Il va en résulter un phénomène de diffusion du faisceau incident qui, préparé sous la forme d'une onde plane [exp i k r ], voit sa direction de propagation modifiée lors de la traversée du spécimen. Pour une onde plane monochromatique incidente et un cristal topologiquement ordonné, seules des directions discrètes de propagation sont actives après interaction ; c'est le phénomène de diffraction [M 4 126]. Dans le cas de l'absence d'ordre topologique, comme pour les matériaux amorphes, le rayonnement est diffusé dans l'espace avec une distribution continue des directions de propagation des ondes ; c'est le phénomène de diffusion diffuse. Dans les cas intermédiaires, pour lesquels il existe un ordre topologique mais un désordre chimique sur l'occupation des sites ou une concentration notable de défauts, le caractère moyen de l'information recueillie sur tout le volume irradié conduit à l'obtention de diffractions de Bragg dont l'origine est le cristal moyen, superposée à de la diffusion diffuse, témoin du désordre chimique ou des imperfections. L'analyse de la topologie du diagramme de diffraction (distribution de l'intensité) et des intensités des différents faisceaux nous renseigneront sur la structure du spécimen à l'échelle atomique. Cependant, la géométrie de la diffraction ne dépend pas de la nature du rayonnement, mais est caractéristique de l'état du spécimen. Elle peut donc être traitée indépendamment de la nature physique du rayonnement qui explore le spécimen. En revanche, les intensités diffractées dépendent spécifiquement de la nature de l'interaction et doivent être calculées pour chaque rayonnement utilisé. Nous nous limiterons dans ce texte aux interactions élastiques, c'est-à-dire...