Miroirs de Bragg en champs noir : à gauche en faisceau légèrement convergent, à droite en faisceau parallèle
Ces image représente un miroir de Bragg pris en champ noir (mais pas avec le même instrument, ce qui importe peu dans notre cas). On observe la différence de contraste entre les couches AlAs (blanches) et GaAs (sombres) caractéristiques du facteur de structure de chaque élément. Pourtant l'aspect de l' image de gauche est brouillon notamment à cause des divers traits noirs qui parsèment le cliché et qui sont bien visibles sur les couches blanches.
Ceci est dû en fait au mode d'observation utilisé. En effet il est possible sur le MET de règler la convergence du faisceau incident sur l'échantillon. Tous les clichés pris jusque là étaient réalisés en faisceaux parallèles. Or dans ce mode d'observation, tous les rayons du faisceau qui diffractent sont dans les conditions ou proche des conditions de Bragg puique ceux-ci sont parallèles entre eux. Maintenant si nous réglons le MET de telle sorte que les faisceaux d'électrons arrivent légèrement convergent sur l'échantillon, tous les rayons du faisceau n'auront pas tous le même angle d'attaque par rapport à l'échantillon . Par conséquent, certains pourront être en condition exacte de Bragg alors que d'autres non. Les rayons qui seront en position exacte de Bragg sont ceux situés à l'intersection du cône des faisceaux incidents avec le cône des rayons en position de Bragg par rapport à la famille de plans (hkl) qui diffracte.
Ceci se traduit finalement sur les cliché final par des lignes sombres en mode champs noir.
Par conséquent cette première image, qui n'était pas souhaitée quand nous l'avons prise, témoigne d'un manque de vigilance dans le réglage du microscope qui peut néanmoins être très rapidement corrigé.
Deuxième image : boîtes quantiques et miroirs de Bragg
Miroir de Bragg (en haut), boîte et puits quantique en haute résolution
Cette image représente une boîte quantique (tâche noire au centre), un puits quantique (trait noir quasi-horizontal au centre) et un miroir de bragg (en haut de l'image) en haute résolution à faible grossissement.
L'intérêt premier est de proposer une image d'une boîte quantique en haute résolution de belle qualité (la théorie des boîtes quantiques n'a pas été faite car longue et très compexe). Mais en plus, il y a une observation originale à faire sur cette image. Il s'agit de la nette courbure des couches du miroir de Bragg que nous avions connu jusque là parfaitement rectiligne. Il semble à première vue que cette courbure soit due à l'influence des contraintes au niveau de la boîte quantique. Celles-ci se propagent au sein du matériau et touchent les éléments autour.
Troisième image: super réseau
super-réseau
Ceci est l'image d'un cliché de diffraction pour AlAs/GaAs pris sur un miroir de Bragg. Cette image contient beaucoup d'informations:
- Le point le plus lumineux à droite constitue le faisceau transmis (celui qui n'est pas diffracté).
- Le point le plus lumineux à gauche résule de la diffraction des plans [002].
- On remarque que bien que l'image ait été prise dans une zone complexe avec du GaAs et du AlAs le cliché de diffraction ne comport qu'un point de forte intensité pour la diffraction des plans [002], ce qui confirme bien la quasi-similarité des paramètres de maille pour GaAs et AlAs.
- Le plus remarquable sur ce cliché demeure les petits points situés de part et d'autre des points plus lumineux, et également espacés entre eux. Ceux-ci sont particulièrement visibles autour du faisceau transmis. Ils représentent en fait la diffraction due au réseau constitué par le miroir de Bragg. Ce réseau étant beaucoup plus large que le réseau constitué par les familles de plans réticulaire, il apparaît plus petit dans le cliché de diffraction. Si on prenait l'inverse de la longueur qui sépare deux petits points successifs on retrouverait la longueur du pas du réseau formé par l'empilement de GaAs/AlAs.
Ce super-réseau n'apparaît pas toujours sur le cliché de diffraction. La condition pour le voir est d'arriver à se placer dans des conditions proches de la condition deux-ondes, c'est à dire de rendre le plus intense possibles sur le cliché de diffraction le faisceau transmis et un seul faisceau diffracté par une famille de plans, et ce afin que l'intensité lumineuse soit le moins éparpillée possible sur tous les points de diffraction.
Pour finir, les deux traits verticaux constituent un défaut de l'image. En effet pour obtenir l'image sur l'ordinateur le microscope est muni d'une caméra CCD
très sensible à la lumière. Si les points de diffraction sont trop lumineux ceux-ci peuvent "griller" certains des pixels de la caméra, ce qui se manifeste par des traits noirs. Il est relativement dangereux pour l'appareil de le soumettre à des rayonnements, pour cette raison il faut être extrèmement vigilant lors du choix du temps de pose de la caméra pour fabriquer l'image.
quatrième image : haute résolution à l'echelle de l'atome sur Miroir de Bragg, réalisée par HAADF à Marseille
Cette image permet à elle seule d'expliquer beaucoup de phénomènes liés à la diffraction des électrons par un réseau cristallins.
On peut constater que cette image est belle puisqu'elle nous donne ni plus ni moins que les contours des nuages electroniques des atomes de Al et de Ga.
Mais ce sur quoi nous nous attarderons est la différence de contraste entre Al et As d'une part (zoom du haut) et Ga et As d'autre part (zoom du bas).
On observe que l'atome d'Al apparaît nettement moins intense que celui de As alors que les intensités entre Ga et As sont quasi-identiques: pourquoi ?
On sait que les différences de contrastes liées au phénomène de la diffraction peuvent être expliquer par le facteur de structure, qui dépend notamment des espèces chimiques mises en jeu. Or si l 'on observe la classification périodique des éléments on remarquera que Ga (Z=31) et As (Z=33) sont deux éléments quasi-identiques alors que Al (Z=13) est beaucoup plus léger.
Par conséquent cette observation nous permet de caractériser la diffraction du point de vue des contrastes. Il est assez exceptionnel grâce à cette image de pouvoir comparer directement les contrastes des différents atomes.