Microscope à haute résolution à perte d’énergie d’électrons
L’objectif du projet (réalisé en collaboration avec SPEC et ISMO) est de construire et de tester un microscope électronique à basse énergie et à haute résolution spectrale (HREELM). Il permettra l’imagerie microscopique des états vibrationnels des surfaces. Les principaux éléments clés du nouvel instrument, tels que la source d’électrons monochromatiques à haute luminosité et le détecteur rapide, sont déjà financés et sont en cours de développement [Man19]. Une optique électronique innovante a été simulée. La figure montre un schéma de ce qui pourrait être le prototype HREELM capable de faire de l’imagerie plein champ des pertes d’énergie des électrons de faible énergie avec une résolution spatiale nanométrique (20 nm) comme dans un LEEM et spectrale élevée (<10 meV) comme dans un HREELS. HREELM contient une nouvelle source d’électrons monochromatiques (étudiée ici au LAC), une optique électronique dédiée (une partie est visible incluant le séparateur de faisceau magnétique à 90°), une détection par temps de vol et des détecteurs de temps et de position à haute efficacité. L’extraction pixel par pixel des spectres vibratoires produira une pile de données 3D (x,y,énergie).
Récemment, nous avons démontré, dans le cadre du projet ANR/DFG HREELM (2014-2019) [Fed20], que l’utilisation d’un renforcement résonant de la photoionisation [Mou17] peut produire un faisceau d’électrons utile pour HREELM. Et dans un récent travail de thèse [Hahn21], nous avons montré que cette source peut effectivement produire un faisceau pulsé de 100 pA, avec une durée d’impulsion de dt ~ 500 ps à quelques MHz. Notre travail actuel consiste à utiliser ce faisceau dans une version v1 de HREELM avant de construire l’appareil complet.
Références :
[Fed20] Fedchenko, O., S. Chernov, G. Schönhense, R. Hahn, et D. Comparat. « Narrow-band pulsed electron source based on near-threshold photoionization of Cs in a magneto-optical trap ». Phys.Rev.A 101, 1 (2020): 013424. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03021231/file/PhysRevA.101.013424.pdf
[Mou17] E. Moufarej, M. Vielle-Grosjean, G. Khalili, A. J. McCulloch, F. Robicheaux, Y. J. Picard, et D. Comparat.; Forced field ionization of Rydberg states for the production of monochromatic beams; Phys.Rev.A 95, (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.043409
[Hahn21] H. Raphaël. « Ionisation of caesium Rydberg atoms for a mono-chromatic electron source for applications in electron microscopy and spectroscopy ». Theses, Université Paris-Saclay, 2021. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03176839.
[Man19] M. Mankos K. Shadman, R. Hahn, Y. J. Picard, D. Comparat, O. Fedchenko, G. Schönhense, L., A. Lafosse, and N. Barrett, Design for a high resolution electron energy loss microscope, Ultramicroscopy 207, 112848 (2019) doi.org/10.1016/j.ultramic.2019.112848.