Sonde atomique tomographique

La sonde atomique tomographique est un microscope analytique tridimensionnel de haute résolution qui permet d'observer la distribution spatiale des atomes dans un matériau en en connaissant la nature chimique. Son principe de fonctionnement repose sur l'évaporation par effet de champ des atomes de surface de l'échantillon préparé sous la forme d'une fine pointe de 20 à de rayon de courbure. Cette technique d'analyse entre dans la catégorie plus vaste des microscopes à effet de champ (en), elle consiste à évaporer sous forme d'ions les atomes de la surface d'un échantillon par un champ électrique très intense pulsé périodiquement (). L'échantillon est alors évaporé atome par atome, couche atomique par couche atomique. Les atomes évaporés sont collectés par un détecteur d'ions sensible à position des impacts permettant de calculer la position initiale des atomes évaporés. C'est un microscope à projection quasi stéréographique dont le grandissement est de quelques millions. La nature chimique de chaque ion est obtenue par spectrométrie de masse à temps de vol. L'instant de départ des ions est fourni par les impulsions électriques transmises à la pointe et le détecteur donne l'instant d'arrivée. On obtient donc une cartographie de la distribution des atomes dans l'échantillon avec une résolution atomique. On obtient une « photographie » des impacts des ions, et à partir de la position des impacts, on en déduit son point de départ par une projection stéréographique inverse. Notons que près de 40 % des ions ne sont pas détectés. Alors que la résolution en profondeur est voisine d'une distance atomique, la résolution spatiale en surface est bien moins bonne (0,3 à ) à cause des aberrations de trajectoires des ions. On ne peut donc pas véritablement reconstruire le cristal en 3D à l'échelle de l'atome. On ne peut donc pas voir les lacunes (atome manquant dans le cristal). La sonde atomique tomographique est issue d'une technique plus ancienne inventée par E.W. Müller dans les années 1950.