Pertes d’énergie et principe du filtre imageur en MET

Les électrons émis par le filament du microscope interagissent avec les atomes de l’échantillon. Ces interactions, de plusieurs types, peuvent conduire les électrons incidents à perdre de l’énergie.

Ces pertes d’énergie sont principalement de deux types :

• des pertes faibles, dites de plasmons, parce qu’elles correspondent à l’excitation d’un mode de vibration collectif (ou plasmon) des électrons libres de l’échantillon. Ces pertes sont de l’ordre de quelques eV.
• des pertes plus importantes dues à l’excitation des électrons de cœur du matériau traversé. Ces pertes sont les plus intéressantes, puisque la quantité d’énergie perdue dépend de la nature chimique des atomes rencontrés. Ces pertes peuvent varier de quelques centaines à quelques milliers d’eV.

Le principe de la spectrométrie de pertes d’énergie est très simple : il s’agit de former un spectre avec les électrons sortant de l’échantillon, plus simplement on "compte" les électrons de chaque énergie, et on transcrit le résultat sur une courbe. Cela permet de faire une analyse chimique de la zone éclairée. Plus on peut condenser finement le faisceau électronique, plus l’analyse chimique peut être locale.

Un filtre possède un couple de plans conjugués objet-image particuliers appelés plan "achromatique" objet et plan "achromatique" image (A et A’ sur le schéma). Entre ces plans il n’y a aucune dispersion en énergie. Donc, en particulier, le filtre donnera en A’ une image finale rigoureusement identique à une image intermédiaire placée en A. Ce couple de points est unique. Tous les autres couples de points objet-image possèdent de la dispersion.

Il nous reste à règler les lentilles du microscope de manière à former l’image de l’objet au niveau du plan achromatique A, et à placer un "cross-over", c’est-à-dire un point de convergence du faisceau électronique, en un point que nous appellerons C (pour chromatique). Comme le couple de points conjugués (C, C’) n’est pas achromatique, les électrons ayant perdu de l’énergie ne vont pas converger en C’. Il va se former en C’ un spectre de pertes d’énergie : les électrons sont spatialement "triés" en énergie.

En plaçant en C’ une fente de sélection, on peut ne laisser passer que les électrons qui ont perdu une énergie donnée, caractéristique d’une interaction avec un élément chimique, par exemple le carbone. Il reste alors à former l’image du plan A’ avec le système de lentilles placé sous le filtre, et on forme une image de l’échantillon avec les seuls électrons qui ont rencontré du carbone. On a donc une cartographie du carbone dans l’échantillon.