Une méthode de mesure de la température d'échantillons de taille nanométrique au sein d'un microscope électronique à transmission (TEM) a été développée par le professeur Oh-Hoon Kwon et son équipe de recherche du Département de chimie de l'UNIST.
Cette technologie innovante, utilisant des nanothermomètres basés sur la spectroscopie de cathodoluminescence (CL), ouvre de nouvelles possibilités pour analyser les propriétés thermodynamiques d'échantillons fins et faire progresser le développement de matériaux de haute technologie.
Le microscope électronique à transmission permet aux chercheurs d'observer des échantillons avec un grossissement de centaines de milliers de fois en transmettant un faisceau d'électrons de courte longueur d'onde à travers l'échantillon. En détectant la lumière émise par l'échantillon grâce à la spectroscopie d'émission de rayons cathodiques, les chercheurs peuvent analyser finement les propriétés physiques et optiques de l'échantillon à des échelles nanométriques.
Les nano-thermomètres nouvellement développés s'appuient sur la variation d'intensité en fonction de la température d'une bande spécifique d'émission de rayons cathodiques d'ions europium (Eu 3+ ). En synthétisant des nanoparticules dopées aux ions europium au sein de l'oxyde de gadolinium (Gd2 O 3 ), l'équipe de recherche a minimisé les dommages causés par le faisceau d'électrons, permettant ainsi des expériences à long terme.
Grâce à une analyse dynamique, l’équipe a confirmé que le rapport d’intensité de la bande électroluminescente des ions europium est un indicateur fiable de la température, avec une erreur de mesure impressionnante d’environ 4℃ en utilisant des particules de nano-thermomètre mesurant environ 100 nanomètres. Cette méthode offre plus de deux fois la précision des techniques conventionnelles de mesure de la température TEM et améliore considérablement la résolution spatiale.
De plus, l’équipe a démontré l’applicabilité des nanothermomètres en induisant des changements de température avec un laser dans le TEM et en mesurant simultanément les variations de température et structurelles en temps réel. Cette capacité permet l'analyse des propriétés thermodynamiques au niveau nanométrique en réponse à des stimuli externes sans interférer avec les procédures d'analyse TEM standard.
Won-Woo Park, le premier auteur de l'étude, a souligné la nature non invasive du processus de mesure de la température, soulignant que l'interaction entre le faisceau d'électrons de transmission et les particules du nano-thermomètre permet une détection de la température en temps réel sans perturber l'imagerie TEM.
Il a noté :« Le grand avantage du nanomètre développé est que le processus de mesure de la température n'interfère pas avec l'analyse existante au microscope électronique à transmission. Puisque la température est mesurée à l'aide de la lumière, un sous-produit généré par l'interaction entre le faisceau d'électrons de transmission et le Particule nanométrique, il est possible de mesurer l'image du microscope électronique à transmission et de détecter la température en temps réel."
Le professeur Kwon a souligné l'importance de cette recherche, déclarant que « les indicateurs de mesure de température développés, lorsqu'ils sont combinés avec des techniques d'imagerie en temps réel, facilitent l'observation des changements de température locaux en réponse à des stimuli externes. Cette avancée est sur le point de contribuer de manière significative au développement de matériaux de haute technologie tels que des piles secondaires et des écrans."
Les travaux sont publiés dans la revue ACS Nano .
Plus d'informations : Won-Woo Park et al, Thermométrie par cathodoluminescence à l'échelle nanométrique avec un oxyde de métal lourd dopé au lanthanide en microscopie électronique à transmission, ACS Nano (2024). DOI :10.1021/acsnano.3c10020
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan
