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© Y. De Wilde/UPR5-ESPCI

L'instrument TRSTM utilise la pointe oscillante d'un microscope à force atomique pour révéler point par point le rayonnement thermique émis à la surface des nanomatériaux placés sur un support chauffant.

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Une caméra pour voir le nanomonde dans l'infrarouge ? C'est maintenant une réalité. Des chercheurs français viennent de mettre au point le premier instrument capable de s'affranchir des obstacles qui limitaient jusqu'ici la résolution des appareils de microscopie dans l'infrarouge¹. L'équipe de Yannick De Wilde, chargée de recherche au laboratoire CNRS « Spectroscopie en lumière polarisée », à l'ESPCI de Paris, a en effet perfectionné un « microscope optique en champ proche » pour le rendre sensible au rayonnement thermique émis par les matériaux. Selon elle, les images ainsi obtenues atteignent une précision de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres !

Le fait est bien connu. Un microscope traditionnel – fait de miroirs et de lentilles – a un pouvoir de résolution limité : il ne peut distinguer des détails d'une taille inférieure à la moitié de la longueur d'onde de la lumière utilisée. Soit au mieux 250 nanomètres. Pour aller au-delà de cette limite, les scientifiques disposent déjà depuis le milieu des années quatre-vingt de « microscopes optiques en champ proche » (SNOM), de « microscopes à effet tunnel » (STM) et de « microscopes à force atomique » (AFM). Le principe de ces appareils ? Il consiste à approcher de la surface de l'échantillon une pointe extrêmement fine de façon à sonder localement les propriétés du matériau. En répétant cette opération en un grand nombre de points, on peut reconstituer de proche en proche une image fortement agrandie de l'objet. Un cliché dont la résolution, d'à peine quelques nanomètres, n'est plus limitée par les propriétés de la lumière mais par l'épaisseur de la pointe utilisée.

Yannick De Wilde et ses collègues ont eu l'idée de modifier un « SNOM » pour en faire un appareil doté d'une résolution bien supérieure aux 5 000 nanomètres qu'atteignent péniblement les meilleurs systèmes infrarouges du marché. Un véritable tour de force, car pour fonctionner, les « microscopes optiques à champ proche » ont normalement besoin d'un éclairage extérieur. Or, il s'agissait ici de s'affranchir de toute perturbation lumineuse pour relever uniquement le faible rayonnement thermique émis naturellement dans l'infrarouge par tout corps dont la température n'est pas nulle.

« Heureusement, grâce aux travaux de nos confrères de l'École centrale de Paris, nous avons établi que l'éclairage n'est pas indispensable, explique Yannick De Wilde. Nous avons ainsi pu relever à l'aide d'une pointe le rayonnement thermique à la surface d'un substrat “nanostructuré” avec une résolution de 30 nanomètres. » Mais pour quoi faire ? Les applications de ce système infrarouge à grossissement extrême, dénommé « trSTM »², pourraient se multiplier avec le développement des nanotechnologies. Les chercheurs pensent qu'elle pourrait servir, dans un premier temps, aux ingénieurs pour repérer les « points chauds » perturbant le fonctionnement des circuits électroniques.

Vahé Ter Minassian