Cartographie d'orbitales électroniques dans le microscope électronnique en transmission – ORBITEM

L’observation directe d’états électroniques est quasi-inexistante, bien qu’ils soient à l’origine de la liaison chimique et responsables des propriétés physiques, chimiques et mécaniques des matériaux. Ce projet a pour but d’abattre cette barrière et développer la cartographie d’orbitales électroniques à l’échelle atomique, en utilisant la spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS) dans le microscope électronique en transmission (MET). Alors qu’une unique preuve de principe a été reportée récemment dans un matériau massif, la cartographie d’orbitales trouve son véritable intérêt aux discontinuités cristallines, tels que les interfaces et défauts, qui affectent les propriétés. Pour atteindre ce but, une nouvelle technologie de détecteurs – « à détection directe » – doit être implémentée dans le spectromètre EELS pour permettre des gains spectaculaires de niveau de bruit et de vitesse d’acquisition, ainsi que la cartographie de signaux spectroscopiques extrêmement faibles comme les états électroniques. Il est important de souligner que le projet ORBITEM répondra à un challenge scientifique défini et existant, pour lequel l’accès à l’instrument n’est absolument pas suffisant. Ce projet contribuera à avancer les connaissances dans un sujet de recherche ambitieux, qui a été très peu exploré. Nous proposons de développer de nouvelles méthodologies (acquisition des données, traitement, interprétation) pour appréhender le problème à une résolution spatiale adaptée à la liaison chimique aux interfaces, et de supporter l’interprétation des données expérimentales avec des simulations. Le support théorique est bien établi et ne constitue pas une limitation. Le projet ORBITEM a le potential pour améliorer l’analyse de la liaison chimique à un niveau encore plus élevé, en cartographiant directement comment les atomes sont liés entre eux, dans l’espace réel, notamment à des interfaces crystallines, apportant des informations cruciales aujourd’hui inaccessibles.