Les scientifiques peuvent désormais approfondir les nouveaux matériaux pour étudier leur structure et leur comportement, grâce aux travaux d'un groupe international de chercheurs dirigé par UC Davis et le Lawrence Berkeley National Laboratory et publié le 14 août par la revue Matériaux naturels.

La technique permettra d'étudier plus en détail de nouveaux types de matériaux destinés à l'électronique, production d'énergie, chimie et autres applications.

La technique, appelée photoémission à résolution angulaire, est utilisé depuis les années 1970 pour étudier les matériaux, en particulier des propriétés telles que la semi-conductivité, supraconductivité et magnétisme. Mais la technique permet de sonder à une profondeur d'environ un nanomètre seulement sous la surface d'un matériau, une limite imposée par la forte diffusion inélastique des électrons émis.

Les travaux révolutionnaires de l'équipe UC Davis/LBNL ont utilisé la source de rayons X à haute intensité exploitée par l'Institut national japonais des sciences des matériaux à l'installation de rayonnement synchrotron SPring8 à Hyogo, Japon, et a permis aux chercheurs d'approfondir un matériau, fournir plus d'informations et réduire les effets de surface.

"Nous pouvons maintenant porter cela à des énergies beaucoup plus élevées qu'on ne le pensait auparavant, " a déclaré Chuck Fadley, professeur de physique à l'UC Davis et au Lawrence Berkeley Lab, qui est l'auteur principal de l'article.

La technique est basée sur l'effet photoélectrique décrit par Einstein en 1905 :lorsqu'un photon est projeté dans un matériau, il assomme un électron. En mesurant l'angle, l'énergie et peut-être le spin des électrons éjectés, les scientifiques peuvent apprendre en détail le mouvement des électrons et la liaison dans le matériau.

Précédemment, la technique utilisait des énergies d'environ 10 à 150 électron-volts. Travaillant dans l'usine japonaise, Fadley et ses collègues ont réussi à augmenter ce chiffre jusqu'à 6, 000 électron-volts — énergies qui ont augmenté la profondeur de sondage jusqu'à 20 fois.

Grâce aux récents progrès de l'optique électronique, l'équipe a également pu collecter des informations précises à l'aide de spectromètres spécialement conçus - en fait des caméras pour les électrons.

Le spectromètre est un peu comme une caméra sténopé, a noté Fadley. Il est facile d'obtenir une image nette avec une caméra à sténopé en gardant l'ouverture d'entrée petite. Ouvrez cette ouverture et beaucoup plus de lumière est admise, mais une image claire devient plus difficile à extraire. Mais les nouveaux développements de l'optique électronique, notamment en Suède, ont permis de détecter suffisamment d'électrons pour réaliser de telles expériences.

Plusieurs sources de rayons X de forte puissance fonctionnent ou sont en cours de construction en Europe et en Asie, bien qu'aucun ne soit encore prévu aux États-Unis, dit Fadley. La nouvelle technique pourrait être utilisée à la fois pour la recherche fondamentale et commerciale sur de nouveaux matériaux pour l'électronique et la technologie.

Fadley a noté qu'il avait d'abord proposé l'idée d'utiliser une source de rayons X à haute intensité pour regarder plus profondément sous la surface des matériaux vers 1980, mais ni les sources de rayons X ni les spectromètres n'existaient pour rendre l'expérience réalisable.