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2. Les lentilles condenseur


        a. Principe
§

      
     Les lentilles utilisées dans les MET sont des lentilles électromagnétiques. Le champ magnétique est créé par un bobinage en fil de cuivre parcouru par un courant I. Une carcasse magnétique en fer doux canalise le flux magnétique. On concentre les lignes de champ près de l’axe de la bobine en dotant le blindage d’excroissances, les pièces polaires. [2]




§  lentille magnétique et lignes de champ



Les propriétés optiques peuvent être déterminées si on connaît la répartition de la composante axiale Bz suivant l’axe Oz


pièces polaires et répartition de la composante Bz du champ magnétique


Le mécanisme de l’action d’une telle lentille sur une particule est complexe. En effet la force exercée par le champ sur la particule est la force de Lorentz:

Si v=vz, la composante principale de l’induction Bz n’a pas d’action sur la particule. Mais à l’entrée de la lentille il existe 
une composante radiale Br. Une force radiale Fr se développe,  faisant converger la particule vers l’axe.




                                     
                                          effets des composantes Br et Bz du champ magnétique sur l'électron

          

            b-Propriétés optiques des lentilles magnétiques:

  
    
    Hypothèse: les lentilles magnétiques se comportent comme des lentilles idéales, c’est-à dire qu’on pourra leur appliquer les lois de l’optique géométrique et se placer dans les conditions de Gauss, ce qui revient à ne considérer que les faisceaux qui s’éloignent peu de l’axe optique.



propriétés optiques de lentilles magnétiques idéales
           

            c- Aberration sphérique

Les lentilles magnétiques présentent des aberrations qui altèrent la qualité des images obtenues. On peut les classer en aberration géométriques (les trajectoires des électrons ne sont pas paraxiales (pas d’approximation de Gauss)), aberrations chromatiques (les faisceaux ne sont pas constitués par des électrons monocinétiques) et aberration de charge d’espace (répulsion que des électrons d’un même faisceau exercent les uns sur les autres). Cette dernière est propre uniquement aux lentille magnétiques. 

Nous nous intéressons plus particulièrement à l’aberration sphérique (voir haute résolution) qui, comme l’astigmatisme, fait partie des aberrations géométriques 

 

[3]

aberration sphérique, le point focal disparaît au profit de la caustique

 
        Les rayons provenant du bord et du centre de l'optique ne se focalisent plus au même point. On observe alors une caustique de focalisation, dans laquelle le point image attendu sera remplacé par un halo plus ou moins flou. Le foyer a disparu. Ceci est dû au fait qu'une surface sphérique n'est pas la forme idéale pour réaliser une lentille. L'aberration sphérique peut être minimisée en choisissant soigneusement une courbure particulière (paraboloïde) de la surface de la lentille : lentilles asphériques.


       
            d. Rôle des lentilles magnétiques condenseurs   
 

Sous le canon à électrons se trouvent les condenseurs, deux ou trois lentilles (C1,C2,C3) en général et équipées de diaphragme, qui reçoivent les électrons du cross-over et qui éclairent l’objet sur une surface et avec des angles d’incidence réglables en fonction du type d’observations à réaliser.[4]

•
Condensateur C1: il sert à modifier la taille de la
surface éclairée de l’échantillon. (voir image ci-contre)
•Condensateur C2: il sert à illuminer
l’échantillon avec un faisceau incident divergent,
parallèle ou convergent. Elle reprend l’image du
cross-over par C1 et forme une image qui dépend de sa focale fC2
•Condensateur C3: il reprend l’image de C2 et forme une troisième image.
Toutes les combinaisons possibles sont résumées sur les schéma ci-dessous
                                                                                                                                       effet de la focale de C1 sur l' image du cross-over                  











combinaisons possibles pour les trois lentilles condenseur situées avant l'échantillon, le quatrième schéma représentent les conditions pour obtenir un faisceau incident parallèle sur l'échantillon.