La microscopie électronique en transmission (MET ou TEM en anglais) permet une analyse morphologique, structurale et chimique d’échantillons solides à l’échelle atomique. Cette technique repose sur l’interaction des électrons avec la matière et la détection des électrons ayant traversé l’échantillon. Les échantillons étudiés doivent donc être préalablement amincis afin d’être transparents aux électrons. Biophy Research dispose pour cela de différentes techniques de préparation, dont l’ultramicrotomie et la FIB (Focused Ion Beam).
Une multitude d’informations peuvent être obtenues par TEM comme l’épaisseur des couches dans des empilements complexes, la morphologie des matériaux en coupe, leur structure (amorphe ou organisée), la nature des défauts cristallins, l’orientation cristalline, la taille des grains pour les échantillons polycristallins. Le TEM couplé à une analyse chimique permet d’accéder à la nature des couches et interfaces ou à la distribution d’un élément dans une couche.
La possibilité de réaliser un microscope avec des électrons, c’est à dire de produire des images agrandies d’objets, se base sur la combinaison des éléments suivants :
Les électrons sont produits par un canon à électrons situé au sommet de la colonne, puis accélérés par une tension stabilisée (typiquement comprise entre 60 kV et 300 kV) afin d’augmenter considérablement leur vitesse. Les électrons émis passent ensuite à travers un ensemble de lentilles magnétiques associées à des diaphragmes, appelé système condenseur, qui permet de modifier le mode d’éclairement de l’échantillon (faisceau parallèle ou convergent). Les électrons sont alors dirigés vers l’échantillon lequel est inséré dans l’entrefer des pièces polaires de la lentille objectif. Le rôle de la lentille objectif est de focaliser les électrons sur l’échantillon, ses caractéristiques jouant un rôle déterminant quant à la résolution offerte par l’instrument.
L’échantillon est le siège de différents phénomènes physiques résultant de l’interaction des électrons avec la matière. Comme son nom l’indique, la microscopie électronique en transmission est basée sur la détection des électrons ayant traversé l’échantillon (électrons transmis et diffusés). Un diaphragme placé à la sortie de l’échantillon, appelé diaphragme objectif ou de contraste, permet de sélectionner le faisceau transmis (champ clair ou bright field) ou un faisceau diffracté selon une direction particulière (champ sombre ou dark field). Un ensemble de lentilles magnétiques (de diffraction, intermédiaire et de projection finale), constituant le système de projection, permet ensuite de transférer l’image de l’échantillon (ou le diagramme de diffraction) vers l’écran d’observation. L’acquisition d’images numériques est réalisée par une caméra CCD placée sous l’écran d’observation.
En interagissant avec l’échantillon, une partie des électrons perd de l’énergie. Cette perte d’énergie peut être exploitée pour réaliser des analyses chimiques, par spectrométrie de perte d’énergie (EELS) par exemple. Dans le cas du Titan, un spectromètre à secteur magnétique (GIF) est placé sous l’écran d’observation. Quant aux rayons X résultant de la désexcitation des atomes de l’échantillon, ils peuvent être analysés par spectrométrie X via un détecteur EDX