Comment les scientifiques ont obtenu l’image d'atomes à la plus haute résolution jamais observée

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Cela pourrait ressembler à un amas d’étoiles. Cette image montre en fait un échantillon de cristal d'orthoscandate de praséodyme (PrScO3), agrandi 100 millions de fois. Une prouesse qui représente un doublement de la résolution précédemment obtenue par la même équipe et qui leur avait valu une inscription au Guinness Book des records en 2018. « Cela n’établit pas seulement un nouveau record. Nous avons atteint la limite ultime de résolution possible, se félicite David Muller, professeur d’ingénierie à l’université Cornell aux États-Unis et principal auteur de l’étude publiée dans Science. Nous sommes maintenant en mesure de localiser un atome dans une structure en 3 dimensions avec une précision inférieure au nanomètre. »

Un peu comme un jeu du ballon prisonnier dans le noir

Pour arriver à une telle résolution, David Muller et son équipe ont utilisé une technique appelée ptychographie électronique. Cette dernière consiste à bombarder un échantillon avec un faisceau d’électrons qui se déplace très lentement. Les électrons « rebondissent » alors à la surface lorsqu’ils rencontrent un atome, et produisent un schéma de diffraction qui est ensuite analysé par un algorithme pour produire une image. « C’est un peu comme un jeu du ballon prisonnier dans le noir, illustre David Muller, sur le site du Scientific American. Vous ne "voyez" pas la cible, mais en regardant où finit le ballon [les électrons], on peut en déduire son trajet. »

Le principe de la ptychographie électronique : l’échantillon est bombardé par un faisceau d’électrons (A). On obtient différents schémas de diffraction, qui, en les combinant, donnent une image de la position des atomes dans l’échantillon. © Zhen Chen et al., Science, 2021
Le principe de la ptychographie électronique : l’échantillon est bombardé par un faisceau d’électrons (A). On obtient différents schémas de diffraction, qui, en les combinant, donnent une image de la position des atomes dans l’échantillon. © Zhen Chen et al., Science, 2021

Des énormes capacités de calcul pour déchiffrer l’image

Cette approche présente plusieurs avantages par rapport à un microscope électronique classique : ce dernier doit augmenter l’énergie de son faisceau d’électrons pour améliorer sa résolution, de telle sorte qu’au-delà...

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