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Contexte scientifique
Dans le domaine des Sciences de la Terre, le nombre d’études visant à comprendre les objets complexes à l’échelle sub-micrométrique s’est accru exponentiellement ces dernières années avec l’étude d’échantillons de très haute pression pour la minéralogie de la Terre interne, des interactions entre minéral ...
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134 personnes travaillent à l'IMPMC
- personnels permanents
34 enseignants chercheurs
37 chercheurs
28 ingénieurs, techniciens et personnels administratifs - personnels non permanents
17 doctorants
8 post-doctorants
10 chercheurs émérites ou bénévoles
(chiffres 02/2010)
Contact
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Assistante de direction
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A voir
Interview filmée
de Paola Giura sur le plateau télé-SUM2013 lors du Colloque des Utilisateurs de SOLEIL (Users’ Meeting) qui s'est tenu les 23 et 24 janvier 2013 à SOLEIL et à l’Ecole Polytechnique.
Préparation d'échantillons par faisceaux d'ions focalisés (FIB)
L'IMPMC vient de faire l’acquisition, dans le cadre d'un contrat SESAME, d’un appareil permettant diverses préparations d’échantillons par faisceau d’ions focalisés ou Focused Ion Beam (FIB).
Ce type d’équipement, développé initialement pour les besoins de l’industrie de la micro-électronique, étend de manière considérable les possibilités d’étude ainsi que le nombre d’échantillons observables. La préparation des échantillons constitue une étape cruciale des études par microscopie électronique en transmission et par spectro-microscopie X (STXM)
Il devrait permettre la réalisation de nombreuses études limitées jusqu’ici par l’incapacité de préparer les échantillons de manière adéquate. Le potentiel est énorme, et doit conduire :
- à un renouveau de la pétrologie expérimentale et de la mesure de coefficients de partage d’éléments traces dans les minéraux de la Terre profonde,
- à une observation à une échelle submicronique d’échantillons extraterrestre tels que météorites et poussières stellaires,
- des applications pour la bio-minéralisation et la bio-altération des minéraux par les microorganismes ainsi que pour la recherche de traces de vie dans les roches archéennes,
- au développement de l’étude à l’échelle nanométrique des coraux utilisés pour les reconstructions paléo-climatiques,
- à l’étude des processus d’altération dans les sols, ou des processus d’altération à l’interface minéral/verre/eau dans des sols pollués ou des senseurs de l’environnement urbain,
- à l’étude des processus de dévitrification dans des verres naturels, synthétiques et de stockage de manière à comprendre leur durabilité dans le temps.
En physique du solide, l'appareil aura des applications importantes dans l’étude des interfaces, avec des observations à l’échelle nanométrique du dépôt de couches minces, et en particulier pour des systèmes destinés à la micro-électronique.
Gouttelette de fer liquide projetée au débouché d'un choc laser à l'arrière de la cible (imagerie électrons secondaires in lens) - © IMPMC
Principe de la préparation par FIB
Les appareils récents permettant la mise en oeuvre de la technique FIB sont équipés de deux canons : un canon à électrons et un canon à ions Ga ; ce sont les appareils de type Dual Beam.
La source d’électrons sert à imager la surface de l’échantillon selon le même principe qu’un microscope électronique à balayage conventionnel, et les caractéristiques de cette colonne électronique sont comparables à celles d’un excellent microscope électronique à balayage. Le second canon émet un faisceau d’ions Ga dont il est possible de faire varier l’énergie (5 - 30 kV) et l’intensité (1 pA - 20 nA). S’ils sont suffisamment accélérés, les ions Ga sont capables d’arracher les atomes de l’échantillon.
Le positionnement précis du faisceau d’ions rend alors possible la réalisation par érosion d’un motif ayant la forme désirée. C’est ce faisceau d’ions qui permet la préparation de coupes ultraminces dans les échantillons géologiques observables en MET, STXM et NanoSims, mais qui peut également servir à un micro-usinage (technologie des micro-systèmes électro-mécaniques, MEMS).
En ce qui concerne la préparation d’échantillons pour le MET, le STXM ou la NanoSims, les avantages du FIB sur les autres méthodes de préparation sont essentiels pour les thématiques de Sciences de la Terre présentées ici :
- La localisation et le prélèvement précis de la zone d’intérêt avec une résolution spatiale de l’ordre de 50 nm, associé avec une cartographie chimique.
- Insensibilité aux duretés relatives des matériaux : ce point est crucial dans le cas d’échantillons présentant des hétérogénéités de dureté, ce qui est fréquemment le cas pour les structures lamellaires et pour les interfaces entre minéraux et matière organique
- La préparation de lames minces sur échantillons poreux est également rendue possible.
- Le taux de récupération des lames minces est proche de 100%, ce qui est un élément essentiel lorsqu’on dispose d’échantillon uniques tels que météorites ou grains solaires.
L’intérêt d’un FIB ne se limite pas à la préparation de lame MET et d’autres applications comme l’observation MEB en 3D, l’amélioration des analyses chimiques en MEB et la fabrication de microstructures ou micro-outils sont par ailleurs possibles.