Schéma du microscope couleur à force atomique. Crédit : 2017 Hideki Kawakatsu, Laboratoire Kawakatsu, Institut des sciences industrielles, L'Université de Tokyo.
Un groupe de recherche français et japonais a développé une nouvelle façon de visualiser le monde atomique en transformant les données numérisées par un microscope à force atomique en images aux couleurs claires. La méthode nouvellement développée, qui permet l'observation de matériaux et de substances comme les alliages, semi-conducteurs, et des composés chimiques en un temps relativement court, promet de devenir largement utilisé dans la recherche et le développement de surfaces et d'appareils.
Les molécules et les atomes individuels sont beaucoup plus petits que les longueurs d'onde de la lumière que nous pouvons voir. Visualiser de telles structures minuscules nécessite des instruments spéciaux qui fournissent souvent des représentations en noir et blanc des positions des atomes. Les microscopes à force atomique (AFM) sont parmi les outils les plus puissants disponibles pour sonder les surfaces à l'échelle atomique. Une pointe nanométrique se déplaçant sur une surface peut non seulement donner toutes sortes d'informations sur les positions physiques des atomes, mais aussi donner des données sur leurs propriétés chimiques et leur comportement. Cependant, une grande partie de ces informations est perdue lorsque les signaux AFM sont traités.
Maintenant, chercheurs de l'Institut des sciences industrielles (IIS) de l'Université de Tokyo, dirigé par le professeur Hideki Kawakatsu, ont créé une nouvelle façon d'exploiter les AFM et de visualiser les données pour extraire des informations structurelles et chimiques en clair, images en couleur. Ces résultats ont été récemment publiés dans Lettres de physique appliquée .
"L'AFM est une technique extrêmement polyvalente et notre approche consistant à lier la hauteur de la pointe de l'AFM au bas de la courbe de fréquence nous a permis d'effectuer des mesures en même temps mais sans risque de perdre des informations de la surface, " auteur principal de l'étude Pierre Etienne Allain, un post-doctorant LIMMS/CNRS-IIS, dit.
Exemple d'atomes de silicium représentés en couleur. Crédit : 2017 Hideki Kawakatsu, Laboratoire Kawakatsu, Institut des sciences industrielles, L'Université de Tokyo.
Les gens effectuent souvent des mesures AFM en gardant la pointe AFM à une hauteur fixe tout en mesurant les changements de ses vibrations lorsqu'il interagit avec la surface. Alternativement, il est possible de déplacer la pointe de l'AFM de haut en bas pour que la fréquence des vibrations reste la même. Ces deux approches ont leurs avantages, mais ils comportent également des inconvénients en ce sens que cela peut prendre beaucoup de temps, et l'autre peut entraîner une perte d'informations.
Les chercheurs dirigés par IIS ont développé un moyen de déplacer la pointe de l'AFM et de transformer les données afin que la pointe reste au-dessus de la surface dans une position où la fréquence de vibration est fortement influencée par la surface.
Un autre avantage de cette approche est que le modèle produit trois variables, auquel les chercheurs ont attribué les couleurs rouge, bleu, et vert, respectivement, leur permettant ainsi de produire des images en couleur. Ils ont également testé avec succès leur méthode sur une surface de silicium.
"Si les couleurs de l'image sont les mêmes, on peut dire que les signaux proviennent du même type d'atome et d'environnement, ", a déclaré le co-auteur et chercheur postdoctoral Denis Damiron. "Cette nouvelle façon de représenter des informations chimiques et physiques complexes à partir d'une surface pourrait nous permettre de sonder les mouvements et le comportement des atomes avec des détails sans précédent."
