Nucléaire Radioprotection et Internet

24 septembre, 2010

Il tourne, il tourne, mon électron !

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Une équipe de scientifiques financés par l’UE a découvert le moyen de générer des faisceaux lumineux pivotant. La technique, décrite dans la revue Nature, pourrait permettre de tester les propriétés magnétiques des matériaux et être appliquée de manière à manipuler de minuscules particules et à les mettre en mouvement.

Le soutien de l’UE pour ces travaux provient du projet ESTEEM («Distributed European infrastructure of advanced electron microscopy for nanoscience»), qui a reçu 8,7 millions d’euros sur son budget total de 10 millions d’euros au titre du domaine «Infrastructures de recherche» du sixième programme-cadre (6e PC).

On utilise les faisceaux d’électrons pour étudier la matière depuis de nombreuses années; on trouve couramment des microscopes électroniques en transmission (MET) dans les laboratoires du monde entier. Toutefois, un faisceau normal d’électrons ne fournit aucune information aux chercheurs sur les propriétés magnétiques d’un objet. C’est pourquoi les chercheurs ont besoin d’un faisceau d’électrons à vortex, tournant dans un sens semblable au flux d’air d’une tornade.

Les faisceaux lumineux existent depuis un certain temps et sont utilisés dans des applications telles que les micromoteurs et les «pinces optiques», ce qui permet aux scientifiques de manipuler des particules de l’ordre du micromètre. Un faisceau d’électrons en vortex permettrait aux scientifiques de gérer des nanoparticules, mais la production d’un tel faisceau à vortex s’est révélée particulièrement difficile.

Cette année, une équipe japonaise est parvenue à créer un faisceau d’électrons suivant une trajectoire hélicoïdale. Leur technique consistait à produire des feuilles de graphite puis à chercher un point où deux strates (voire plus) sont alignées de telle façon qu’elles forment une structure spirale. Cette structure peut alors transmettre un hélicoïde à un faisceau d’électrons le traversant. En théorie, on pourrait créer une structure similaire de façon artificielle, mais en pratique cela est extrêmement difficile étant donné qu’elle requiert des manipulations à l’échelle du nanomètre.

Dans cette récente étude, des scientifiques de l’université d’Anvers, en Belgique, et de l’université technique de Vienne, en Autriche, ont abordé le problème différemment. L’équipe a créé un «masque» ressemblant à une grille sur une feuille de platine de 100 nanomètres d’épaisseur. Le masque possédait des zones transparentes et opaques qui laissaient circuler les électrons ou les bloquaient. Lorsqu’un faisceau d’électrons est dirigé sur le masque, il est diffracté, au même titre qu’un faisceau de lumière lorsqu’il traverse une fine grille. La forme de la grille est conçue avec attention de manière à transformer les faisceaux d’électrons ordinaires en des faisceaux à vortex. Plus important encore, étant donné que les dimensions des grilles sont mesurées en micromètres et non en nanomètres, elle est relativement facile à faire.

«Cette technique est une méthode reproductible de la création de faisceaux d’électrons à vortex dans un microscope électronique conventionnel», écrivent les chercheurs. «Nous montrons comment ils peuvent être utilisés dans la spectroscopie de perte d’énergie des électrons afin de détecter l’état magnétique des matériaux et de décrire leurs propriétés. Nos résultats montrent que les faisceaux d’électrons à vortex peuvent contribuer à de nouvelles applications, notamment pour analyser et manipuler les nanomatériaux, et peuvent être facilement produits.»

Le professeur Peter Schattschneider de l’université technique de Vienne est l’un des auteurs du rapport. «Ces faisceaux d’électrons pourraient être utilisés de manière ciblée afin de mettre en mouvement des roues minuscules sur un moteur microscopique», fait-il remarquer. «Par ailleurs, le champ magnétique d’électrons en rotation pourrait être utilisé dans les échelles de longueur les plus infimes.» À terme, cette technologie pourrait s’appliquer au transfert de données (cryptographie quantique) et dans les ordinateurs quantiques.

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