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Des microscopes à haute résolution

Un nouveau laboratoire de microscopie a été ouvert au CIC NanoGun à Saint-Sébastien. Ils veulent rendre visible le monde invisible à nos yeux.

À cette fin, trois microscopes électroniques seront utilisés pour élargir et faciliter la recherche sur le nanomètre. L'un d'eux peut voir les atomes, l'autre est capable de construire des nanostructures, et le troisième analysera les liquides dans le vide.

Une vraie mouche. En utilisant la lentille du microscope optique, l'œil devient un réseau de cellules.

Les microscopes ouvrent une porte sur l'univers du petit. Dans ce monde, ils ont fait un grand pas grâce aux microscopes électroniques. Dans la nouvelle génération de microscopes, un faisceau d'électrons remplace la lumière et permet d'atteindre la plus petite structure.

ANDREY CHUVILIN; CIC nanoZONE: Le problème principal est lié à la longueur d'onde de la lumière. La longueur d'onde de la lumière est d'environ un demi-micron, c'est la résolution maximale que nous pouvons obtenir avec l'onde de lumière.

Les meilleurs microscopes optiques actuels ont une résolution d'environ 200 nanomètres, mais si nous regardions à l'intérieur de cet ordinateur, nous verrions que certains des composants de l'ordinateur sont inférieurs à 100 nanomètres.

Le développement de la technologie nous a permis de voir avec plus de résolution à l'intérieur des choses à très petite échelle. Heureusement, cela s'est accompagné de la constatation que les électrons étaient sous forme d'ondes. Ils ont donc commencé à étudier la nature d'onde des électrons. [C'est ainsi que les microscopes électroniques sont arrivés.]

En utilisant le même échantillon dans le microscope électronique à balayage, il peut être inséré dans chaque cellule des yeux de la mouche. La résolution est de 1'5 nanomètres.

Pour ce faire, on utilise le microscope ESEM Quanta, le plus simple des 3 microscopes présents dans le laboratoire du nanosite CIC de Saint-Sébastien.

En apparence, il ne ressemble pas beaucoup aux microscopes optiques. On dirait une petite chambre cuirassée. À l'intérieur, vous pouvez voir le canon qui lance les électrons et les capteurs qui reçoivent les signaux émis par ces électrons.

Dans des conditions normales, le trajet d'un électron est très court, de quelques centimètres seulement avant de se disperser ou de se perdre. Quand on ferme la chambre, il faut faire l'erreur, c'est-à-dire évacuer le vent. Dans le vide, le trajet des électrons s'allonge.

Une fois que les électrons ont été lancés, ils entrent en collision avec l'échantillon et envoient trois signaux.

ANDREY CHUVILIN; CIC nanoZONE: Ce serait la source de lumière dans un microscope normal, dans ce cas, des électrons sont produits ici à partir d'un filament et focalisent les lentilles qui sont dans la colonne... Les lentilles en elles-mêmes sont des champs électromagnétiques. Le faisceau d'électrons passe par ici, traverse ces lentilles et se dirige vers l'échantillon. Le principe de ce microscope est le balayage. Ce qu'il fait, c'est qu'il dirige le faisceau d'électrons vers l'échantillon, ce qui produit une série de signaux, principalement des électrons secondaires, des rayons X, des électrons qui rebondissent, et d'autres signaux que nous pouvons détecter. Puis, à partir de tous ces signes, nous complétons l'image.

Le fonctionnement est similaire à un microscope électronique à balayage. Mais ESEM Quanta a a la particularité d'être capable, contrairement aux autres microscopes électroniques, d'analyser des échantillons humides, c'est-à-dire de l'eau, des fluides, des peintures...

Voici Titan, le microscope TEM/STEM, le microscope le plus avancé sur le marché aujourd'hui. Il a une résolution suffisante pour voir les atomes. La résolution est jusqu'à 0,08 nanomètre.

ELIZAVETA NIKULINA; CIC nanoZONE: Notre centre s'appelle NANOGUNE. Cela signifie que nous étudions les processus et les structures à l'échelle nanométrique. C'est principalement pour cela que nous utilisons cette machine : pour étudier les nanostructures

Même la pièce où se trouve ce microscope est très spéciale. Il est adapté pour que les vibrations, les interférences électromagnétiques, les sons ou la moindre saleté ne créent pas d'inconfort lors de l'exécution du travail. Ces spécifications sont contrôlées par un système de capteurs.

ELIZAVETA NIKULINA; CIC nanoZONE: Cette chambre est spéciale. Il a un système de refroidissement naturel, ces panneaux de refroidissement métalliques ici. Le système de ventilation est également intrinsèque. Tout cela permet d'avoir une température stable, de réduire les vibrations et même de réduire le champ magnétique. En outre, nous avons ici un système d'enregistrement du champ magnétique et de la température. Pourquoi ? C'est parce que nous travaillons avec des atomes, et ils sont très petits.

Nous avons aussi une chaise en bois, avec du métal sinon... Tous les instruments de cette pièce sont très sensibles aux champs magnétiques. Ils sentent aussi les téléphones portables.

À première vue, la taille de TITAN vous impressionne. Il a été construit à la manière d'un Lego, en rassemblant des pièces, de sorte qu'il peut être configuré en remplaçant ou en échangeant des pièces selon les besoins.

Il a plus de trois mètres de la base à la pointe. C'est parce qu'il faut beaucoup d'énergie. Pour fournir une haute résolution, les électrons ont besoin de beaucoup d'énergie, et pour accéder à cette énergie, ils doivent atteindre une vitesse élevée. Pour cela, un long canon est nécessaire.

Pour voir les échantillons, le faisceau d'électrons n'entre pas en collision avec l'échantillon, mais le traverse. Le microscope montre, pour ainsi dire, l'ombre de l'échantillon. Pour ce faire, il est très important que l'échantillon soit aussi mince que possible, d'environ 100 nanomètres.

Pour le polissage des échantillons, ils utilisent le microscope HELIOS.

HELIOS est bien plus qu'un simple microscope. En plus de voir des échantillons, il est également capable de construire des nanostructures. Pour ce faire, en plus du faisceau d'électrons, il utilise également le faisceau d'ions pour le travail.

CHRISTOPHER TOLLAN; CIC nanoZONE: Nous utilisons cet outil principalement pour fabriquer des nanostructures. Avec les images, nous pouvons également faire des objets. On peut creuser des trous, construire des tours. Ce genre de choses. Nous utilisons un faisceau d'ions pour fabriquer des nanostructures. Il utilise des atomes plus lourds et convient au perçage de surface et à d'autres usages. Il est également possible d'utiliser des gaz, qui sont très réactifs, et sous des faisceaux d'ions et d'électrons, d'accumuler du matériel et de créer des structures.

Plusieurs projets sont actuellement en cours avec ces trois microscopes, comme l'utilisation de virus pour créer des nanostructures sous forme de modèles, c'est-à-dire pour les utiliser comme détenteurs de médicaments, pour construire des nanoantennes, ou pour voir l'intérieur des cellules.