Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer et de l'EPF Zurich ont créé des images en 3D de minuscules objets, et ont même réussi à visualiser au niveau de ces derniers des détails de 25 nanomètres (1 nanomètre = 1 million de millimètre). En plus de déterminer la forme de leurs objets d'étude, ils ont pu également mettre en évidence la façon dont un élément chimique donné (le cobalt) était réparti au sein de ces derniers, tout en étant capables d'établir si ce même élément était présent sous forme de liaison chimique ou sous forme pure.
footballène) étudiée. L'image de droite permet de visualiser en orange la répartition du cobalt (la ligne correspond à une longueur d'un micromètre, c'est-à-dire d'un millième de millimètre).
Les analyses ont été menées à la Source de Lumière Suisse (SLS) de l'Institut Paul Scherrer, au moyen du procédé de la tomographie par contraste de phase. Comme avec les autres procédés tomographiques, l'objet étudié est radiographié sous différents angles avec une lumière de type rayons X. On obtient ainsi des clichés de différentes perspectives. Ceux-ci sont ensuite assemblés à l'aide d'un programme informatique pour former une image en 3D.
Les chercheurs ont démontré cette méthode en l'appliquant à un objet en forme de ballon de football (footballène
, ou buckyball
en anglais), d'un diamètre de seulement 6 milliers de millimètre. L'utilisation au cours des diverses mesures d'une lumière d'énergie (couleur
) différente leur a permis de déterminer la répartition des atomes de cobalt au sein de l'objet, et d'obtenir des informations supplémentaires sur l'environnement de ces mêmes atomes. A cet effet, ils ont exploité le fait que la manière dont les différentes éléments chimiques interagissent avec la lumière de type rayons X dépend de l'énergie de cette lumière. Cela permet de visualiser la répartition des éléments chimiques lorsqu'on compare des images prises avec des lumières d'énergie différente.
Le fait de réussir à visualiser différents éléments et leurs liaisons en trois dimensions, avec une précision de l'ordre du nanomètre, revêt une grande importance pour différents développements industriels – par exemple pour de nouveaux composants électroniques et magnétiques, ou pour des catalyseurs efficaces destinés à l'industrie chimique.
Texte : Institut Paul Scherrer /Paul Piwnicki
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Publication originale
Element-Specific X-Ray Phase Tomography of 3D Structures at the NanoscaleClaire Donnelly, Manuel Guizar-Sicairos, Valerio Scagnoli, Mirko Holler, Thomas Huthwelker,
Andreas Menzel, Ismo Vartiainen, Elisabeth Müller, Eugenie Kirk, Sebastian Gliga, Jörg Raabe, and Laura J. Heyderman.,
Phys. Rev. Lett. 114, 115501 (2015);
DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.115501; Published: 20 March 2015