Détecteurs à pixel rapides et efficace résolus en temps et en position pour la spectroscopie électronique 4D – TPX4

La microscopie et la spectroscopie électroniques ont fait des progrès spectaculaires ces dernières années en termes de résolution spatiale, spectrale et temporelle. Ces avancées ont révolutionné des domaines allant de la biologie à l'optique quantique.

Dans ce contexte, les spectromicroscopies basées sur la spectroscopie de perte d'énergie d’électrons (EELS) permettent théoriquement d'accéder à toute la gamme des excitations allant de l'infrarouge lointain (phonons) aux rayons X durs (excitons, plasmons, etc.). Ainsi, la spectromicroscopie de surface (LEEM) et la spectromicroscopie de volume (STEM-EELS) sont utilisées pour la caractérisation chimique, électronique, optique et vibrationnelle à l'échelle nanométrique, voire atomique. Avec la cathodoluminescence (CL), le STEM-EELS a été utilisé pour réaliser la spectroscopie d'excitation de cathodoluminescence (CLE), une technique capable de mesurer l'efficacité quantique relative des matériaux. Cependant, le LEEM et le STEM sont tous deux handicapés par l'absence de détecteurs ayant une résolution temporelle supérieure à 10 ns : le LEEM ne peut accéder aux résolutions spectrales pertinentes pour l'étude des vibrations de surface, et le STEM-CLE ne peut accéder aux résolutions temporelles pertinentes pour l'étude des excitons.

Dans ce projet, nous visons à développer des détecteurs pixellisés résolus en temps basés sur une nouvelle génération de détecteurs d’électrons directs, à savoir les détecteurs Timepix4, avec une résolution temporelle sans précédent de moins de 200 ps. Cela nous permettra d'accéder pour la première fois à l'ordre de la transition de phase des surfaces ferroélectriques et à l'efficacité quantique des matériaux pour diodes électroluminescentes.
L'accès privilégié à ces détecteurs encore non commerciaux, l'expertise des membres en mécanique, électronique, techniques du vide, interfaçage et traitement des données, nous permettront de développer des prototypes uniques de LEEM haute résolution (HRLEEM) et de STEM-TRCLE à résolution temporelle.

L’usage du détecteur développé dans le cadre du projet TPX4 ne sera pas limité aux applications STEM-TRCLE et HRLEEM. Il pourrait avoir un impact sur toutes les communautés concernées par la détection des photons et des particules chargées.