Microscope à cathodoluminescence - Cathodoluminescence microscope
A cathodoluminescence ( CL ) microscope combine les méthodes d' électrons et de la lumière régulières (optiques) microscopes . Il est conçu pour étudier les caractéristiques de luminescence de sections minces polies de solides irradiés par un faisceau d'électrons .
En utilisant un microscope à cathodoluminescence , des structures à l'intérieur de cristaux ou de tissus peuvent être rendues visibles, ce qui ne peut pas être vu dans des conditions d'éclairage normales. Ainsi, par exemple, des informations précieuses sur la croissance des minéraux peuvent être obtenues. La microscopie CL est utilisée en géologie , minéralogie et science des matériaux ( roches , minéraux , cendres volcaniques , verre , céramique , béton , cendres volantes , etc.). Plus récemment, des scientifiques ont commencé à étudier son application pour l'étude d'échantillons biologiques, en utilisant des nanocristaux inorganiques dopés aux éléments de terres rares comme sondes d'imagerie. La microscopie électronique à cathodoluminescence corrélative (CCLEM) peut également être réalisée sur des échantillons sectionnés par faisceau d'ions de focalisation (FIB), permettant ainsi potentiellement le CCLEM 3D.
La couleur et l'intensité du CL dépendent des caractéristiques de l'échantillon et des conditions de travail du canon à électrons . Ici, la tension d'accélération et le courant de faisceau du faisceau d'électrons sont d'une importance majeure. Aujourd'hui, deux types de microscopes CL sont utilisés. L'un travaille avec une " cathode froide " générant un faisceau d'électrons par un tube à décharge corona , l'autre produit un faisceau à l'aide d'une " cathode chaude ". Les microscopes CL à cathode froide sont le type le plus simple et le plus économique. Contrairement à d'autres techniques de bombardement électronique comme la microscopie électronique , la microscopie à cathodoluminescence froide fournit des ions positifs avec les électrons qui neutralisent l'accumulation de charge de surface et éliminent le besoin de revêtements conducteurs à appliquer sur les échantillons. Le type "cathode chaude" génère un faisceau d'électrons par un canon à électrons à filament de tungstène. L'avantage d'une cathode chaude est l'intensité des feux de route contrôlable avec précision permettant de stimuler l'émission de lumière même sur des matériaux faiblement luminescents (par exemple le quartz - voir photo). Pour éviter le chargement de l'échantillon, la surface doit être revêtue d'une couche conductrice d' or ou de carbone . Ceci est généralement effectué par un dispositif de dépôt par pulvérisation ou par un revêtement en carbone.
Les systèmes CL peuvent également être attachés à un microscope électronique à balayage . Ces dispositifs sont traditionnellement utilisés pour des applications spéciales telles que, par exemple, des recherches en science des matériaux , en géoscience , en recherche optique ou en détermination de la qualité de la céramique . Les nouveaux systèmes SEM CL peuvent être utilisés pour la recherche en nanophotonique . L'avantage le plus important est leur grossissement plus élevé. Cependant, les informations de couleur CL ne peuvent être obtenues que par une analyse spectroscopique de l'émission de luminescence.
La visualisation directe des couleurs d'émission n'est assurée que par les microscopes optiques CL, à la fois de type cathode "froide" et "chaude".
Plus récemment, un système de microscopie à cathodoluminescence à résolution angulaire a été développé au FOM Institute AMOLF . Il s'agit d'une technique de super-résolution qui permet de créer des images avec une résolution allant jusqu'à 10 nm. Depuis 2011, cette technologie est devenue disponible sur le marché.
Densité locale des états photoniques sondés par CL
Au-delà de la composition du matériau, la microscopie à cathodoluminescence peut être utilisée pour des structures en matériaux connus, mais avec de riches combinaisons de ceux-ci. Dans ce cas, CL est capable de mesurer la densité locale d'états (LDOS) d'un milieu photonique nanostructuré, où l'intensité du CL émis reflète directement le nombre d'états photoniques disponibles. Ceci est très pertinent pour les matériaux comme les cristaux photoniques ou les topologies complexes pour lesquelles de grandes variations de LDOS sont obtenues à des échelles nanométriques.
D'autre part, les variations LDOS doivent être prises en compte lors de l'analyse des cartes CL standard.
Les références
Lectures complémentaires
- Les scientifiques mettent en lumière les matériaux lumineux CL sonde le LDOS photonique
- De la découverte de l'électron à la microscopie sous-longueur d'onde: une introduction à la cathodoluminescence DELMIC Microscopy Blog
- Calcite jaune brillant et aragonite verte: la cathodoluminescence éclaire les géosciences DELMIC Microscopy Blog
- Richter, DK; Goette, T .; Goetze, J .; Neuser, RD (2003). "Progrès dans l'application de la cathodoluminescence (CL) en pétrologie sédimentaire". Minéralogie et pétrologie . 79 (3–4): 127–166. Bibcode : 2003MinPe..79..127R . doi : 10.1007 / s00710-003-0237-4 .