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A la fin du XIXème siècle le monde ne connaissait que la microscopie optique utilisant la lumière visible comme rayonnement. La limite de résolution transverse R d'un microscope est:
A la fin du XIXème siècle le monde ne connaissait que la microscopie optique utilisant la lumière visible comme rayonnement. La limite de résolution transverse R d'un microscope est:
avec lambda compris entre 400 et 700 nm
n : indice du milieu
u : ouverture du faisceau d'électrons (demi grand angle au sommet)
0,61 : coefficient lié à la diffraction de Fraunhofer.
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Au début du XXe siècle, l'idée est venue de repousser cette limite imposée par la longueur d'onde relativement élevée de la lumière visible en mettant en jeu des électrons possédant d'après la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie les propriétés des particules et celles des ondes. On pouvait donc traiter un faisceau d'électrons de la même manière qu'un faisceau d'ondes électromagnétiques afin d'obtenir une image de l'échantillon.
Au début du XXe siècle, l'idée est venue de repousser cette limite imposée par la longueur d'onde relativement élevée de la lumière visible en mettant en jeu des électrons possédant d'après la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie les propriétés des particules et celles des ondes. On pouvait donc traiter un faisceau d'électrons de la même manière qu'un faisceau d'ondes électromagnétiques afin d'obtenir une image de l'échantillon.
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Le principe du microscope électronique en transmission a été mis au point en 1931 par Max Knoll et Ernst Ruska, ce dernier a d'ailleurs reçu le prix Nobel de physique en 1986 pour cette invention.
Le principe du microscope électronique en transmission a été mis au point en 1931 par Max Knoll et Ernst Ruska, ce dernier a d'ailleurs reçu le prix Nobel de physique en 1986 pour cette invention.
L’utilisation d’électrons comme rayonnement impose plusieurs nouveautés par rapport au microscope optique (ou photonique):
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- les électrons accélérés sont générés par un canon à électrons comprenant une source et un champ électrique produit par une différence de potentiel entre la source et une anode.
- les électrons accélérés sont générés par un canon à électrons comprenant une source et un champ électrique produit par une différence de potentiel entre la source et une anode.
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- Un système de lentilles magnétiques permet de focaliser le rayon d'électrons sur un échantillon « extrêmement mince ».
- Un système de lentilles magnétiques permet de focaliser le rayon d'électrons sur un échantillon « extrêmement mince ».
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Le TEM a deux principaux modes de fonctionnement :
Le TEM a deux principaux modes de fonctionnement :
Mode image
Le faisceau électronique interagit avec l'échantillon suivant l'épaisseur, la densité ou la nature chimique de celui-ci, ce qui conduit à la formation d'une image contrastée dans le plan image.
Mode diffraction
Ce mode utilise le comportement ondulatoire des électrons. Lorsque le faisceau traverse un échantillon cristallographique, il donne lieu au phénomène de diffraction. Le faisceau est diffracté en plusieurs petits faisceaux, et ceux-ci se recombinent pour former l'image, grâce aux lentilles magnétiques.
Schéma
du faisceau d'électrons dans un MET :
1 : Colonne
1 : Colonne
2 :
Source d'électrons
3 :
Électrons
4 :
Cathode
5 :
Anode
6 :
Lentilles condenseur
7 :
Échantillon
8 :
Lentilles diffraction
9 :
Lentilles projection
10 :
Détecteur.