Chercheurs NIMS Bo Da (chercheur au RCAMC et au CMI2, MaDIS) et Hideki Yoshikawa (responsable du groupe d'analyse chimique de surface) et un groupe de recherche dirigé par Shigeo Tanuma (chercheur spécial NIMS), Kazuhito Tsukakoshi (Chercheur principal MANA, NIMS), Kazuyuki Watanabe (Professeur, Université des sciences de Tokyo) et Zejun Ding (professeur, University of Science and Technology of China) ont développé conjointement des techniques de microscopie spectroscopique polyvalentes capables de mesurer simultanément un film nano-mince à une large gamme de niveaux d'énergie électronique, de presque zéro énergie à haute énergie, à l'aide d'un microscope utilisant des faisceaux d'électrons. Le groupe a également démontré l'efficacité de la technique.

Les méthodes conventionnelles de mesure des films nano-minces nécessitent une grande prudence car elles nécessitent de changer le niveau d'énergie d'un faisceau d'électrons incident monochromatique et de réajuster le système optique électronique tout en mesurant l'image au microscope électronique. Nous avons abordé cette question en utilisant une approche créative. Nous avons développé une nouvelle technique de mesure utilisant des électrons secondaires, qui sont générés dans un matériau de substrat et ont une large distribution d'énergie, en tant que sonde virtuelle à électrons blancs. Pour réduire cette technique à la pratique, nous devions éliminer complètement les signaux de fond des électrons secondaires. Nous avons adopté la méthode de la sonde à quatre points utilisée en astronomie pour détecter avec précision les signaux faibles capturés par les télescopes. Cette méthode nous a permis de mesurer simultanément la transmittance des électrons du graphène à une large gamme de niveaux d'énergie entre presque zéro et 600 électrons-volts. Nous avons ensuite confirmé que les valeurs mesurées correspondaient bien aux valeurs théoriques. Cette étude rapporte pour la première fois que des informations sur les propriétés d'un matériau spécifiquement, la transmittance des électrons des films nano-minces―peut être extraite des signaux électroniques secondaires.

La mesure des caractéristiques de transmission d'un matériau à l'aide de lumière visible de divers niveaux d'énergie est analogue à l'identification de la couleur du matériau. De la même manière, la mesure du facteur de transmission des électrons d'un film nano-mince à l'aide d'électrons de différents niveaux d'énergie est analogue à l'identification de la couleur d'une zone localisée du film à l'aide d'un « œil » plus étroitement focalisé (électrons). Il est difficile de déterminer rapidement la qualité (par exemple, couleur) de films nano-minces sur des sites cibles spécifiques, car le film lui-même est normalement difficile à localiser. Par conséquent, des techniques telles que celle développée dans cette étude seront très utiles dans la recherche sur de nouveaux films nano-minces dans lesquels la cohérence qualitative du film sur une grande surface doit être assurée.