L'observation de structures à l'échelle nanoscopique ne se fait pas avec des microscopes optiques, plus adaptés pour l'échelle microscopique. De nouvelles méthodes ont donc été développées pour observer les nanostructures, parmi lesquelles la microscopie électronique, la microscopie à champ proche et l'imagerie par diffraction cohérente...
C'est cette dernière qui est au coeur d'une collaboration récente entre les équipes du Pr Yonina Eldar de l'Electrical Engineering Department, du Pr Mordechai Segev du Physics and Solid State Department et Pr Oren Cohen du Physics Department, tous au Technion - Israel Institute of Technology. Leur publication dans le prestigieux Nature Materials début 2013 fut suivie par une présentation orale à la Conference on Lasers and Electro-Optics en juin 2013.
Coherent Diffraction Imagery (CDI) ou l'imagerie par diffraction cohérente
La mise au point de sources de faisceaux ultra cohérents (fin, alignés et en phase) de rayons X, d'UV extrêmes ou d'électrons a permis d'appliquer ce qui se fait en cristallographie, en particulier la diffraction de Bragg, à des structures de plus en plus petites, par exemple des nanostructures. La diffraction d'un rayon X sur un cristal donne une figure de diffraction (une série de points) dont les positions dépendent de la structure. Le profil de la figure permet de remonter à celle-ci. De même, la diffraction d'une nanostructure donne une figure de diffraction dont il possible de déduire la structure tridimensionnelle de l'objet. Toutefois, deux éléments sont nécessaires pour cela. Tout d'abord, il faut remonter de la figure à l'onde incidente, définie par son amplitude et sa phase. Ensuite, l'amplitude permet de remonter à la densité électronique locale et la phase à la déformation par rapport à un réseau cristallin idéal. Ces deux informations permettent de reconstruire l'objet de façon itérative (un modèle est construit et, par corrections successives, converge vers une représentation équivalente). Pour passer de la figure de diffraction à des données sur l'onde incidente, des traitements mathématiques existent, faisant appel notamment à la transformée de Fourier. La mesure de l'amplitude ne pose pas de problème, mais la phase est plus ou moins perdue par les méthodes de mesures. D'où l'intérêt du travail des chercheurs du Technion.
Moins pour faire mieux
La phase est généralement déduite par itération, en générant un nombre de modèles de phase aléatoire et en convergeant vers le modèle qui correspond le mieux. Il est toutefois préférable d'obtenir d'autres données afin d'optimiser la détermination de la phase. L'amélioration développée par les chercheurs consiste à travailler sur des projections des données dans des bases correctement choisies afin de travailler sur des plus petites quantités de données et pouvoir en extrapoler des informations plus précises. Ces informations sont utilisées sur les données initiales afin d'en améliorer la résolution et aider à déterminer la phase.
Toujours plus petit ?
Le trio pluridisciplinaire du Technion collabore sur ces questions depuis plusieurs années. Leurs travaux visent à améliorer les méthodes d'imagerie à petite échelle et sont complémentaires à l'expertise de l'Institut dans le domaine des nanotechnologies, par exemple les nanotubes de carbone.
Source Bulletins Electroniques