Microscope à effet tunnel

Thèmes abordés

STM Microscope à effet tunnel, pointe, surface conductrice, variations du courant, densité électronique, échantillon, marche atomique, résolution atomique, informations topographiques

Résumé du document

Nous allons chercher à imager la surface de feuillets de graphène à l'aide d'un microscope à effet tunnel (abrégé STM par la suite). Celui-ci utilise le principe qu'un courant tunnel peut s'établir en une pointe et une surface conductrice, lorsque la pointe et suffisamment proche de la surface. Les variations du courant tunnel renseignent directement sur la densité électronique de la surface sous la pointe.

Extraits

[...] Une fois que le STM à trouver la surface, on vérifie que la pointe est en bon état et ne s'est pas crachée à la surface, et ce, grâce au bruit de fond. Si celui-ci est trop irrégulier, il faut repréparer la pointe. Une fois les bonnes conditions atteintes, on peut lancer une acquisition. On observe ci-dessous une image ayant pour dimension 250*250 nm après traitement. Nous pouvons constater, sur celle-ci, une marche entre la zone claire en haut à gauche et la zone plus foncée en bas à droite. Il y a donc une rugosité sur cet échantillon. [...]

[...] On trouve donc une moyenne de hauteur de marche de 6.9 +-0.1 Å, ce qui correspond bien à deux feuillets de graphène. Pour obtenir la résolution atomique, on va zoomer sur une des surfaces de graphène. Une fois le traitement de l'image effectué, on parvient à distinguer des lignes de rangées d'atomes. Chaque atome étant entouré de 6 voisins, il y a donc apparition d'un motif. Pour expliquer la présence de 6 voisins pour un atome central, il faut regarder 2 couches de graphène. La couche verte représente la couche du dessus et la couche noire, celle du dessous. [...]

[...] Les deux sont décalées l'une de l'autre d'une demi-période. Cela implique que certains atomes de la couche verte se retrouvent au-dessus de ceux de la couche noire. Les électrons p de ces atomes forment alors des liaisons pi avec les atomes de la couche du dessous. Les atomes en rouge eux n'ont ni voisins au-dessus ni en dessous, et on donc leurs électrons pi sont libres d'interagir avec la pointe du STM par effet tunnel. Cela explique qu'on observe des atomes centraux à 6 voisins. [...]

[...] Cependant, le STM a besoin d'une surface conductrice, ce qui n'est pas le cas avec l'AFM. Ce dernier, quant à lui, utilisé en monde contact, risque de balayer des objets qui pourraient se trouver à la surface et donc risqueraient de manquer des informations. Ce risque est diminué en mode tapping. Le STM reste cependant plus simple d'utilisation. Ces deux techniques sont d'ailleurs plus rapides à mettre en place pour obtenir une image que le MET mais la plage de travail est moins grande que celui-ci. [...]