METB analytique rapide à faible dose pour une haute résolution – FLASH

Les détecteurs d’électrons directs (DEDs) ont révolutionné la microscopie électronique (EM) en offrant une DQE quasi parfaite et des vitesses d’acquisition élevées. Ces avancées ont amélioré les analyses nanométriques à des doses d’électrons toujours plus faibles. Cependant, des défis subsistent pour l’étude des matériaux sensibles au faisceau, où les dommages induits imposent des limitations majeures. Le projet FLASH vise à surmonter ces obstacles en intégrant des DEDs de nouvelle génération, des stratégies de balayage innovantes et des techniques avancées d’analyse des données, afin d’obtenir des informations inédites sur des matériaux fragiles essentiels aux domaines de l’énergie, de la catalyse et des sciences fondamentales. Ce projet améliorera les capacités du 4D-STEM en exploitant le détecteur TIMEPIX3, capable d’acquérir 10 millions d’images par seconde, soit 500 fois plus rapide que les détecteurs actuels. Des stratégies de balayage novatrices, telles que les trajectoires de Lissajous, minimiseront les dommages en répartissant la dose plus uniformément, et facilitera l’acquisition parcimonieuse des données. Ainsi, nous pourrons acquérir des ensembles 4D-STEM en < 1 ms, améliorant la résolution et accélérant les études in situ. FLASH introduira aussi la diffraction électronique en précession (PED) avec des DEDs, permettant une nanocristallographie quantitative d’une précision angulaire inégalée (0,03°–0,1°). L’amélioration de la Fonction de distribution des paires d'électrons (ePDF) étendra la gamme de vecteurs de diffusion mesurables (Q = 20–25 Å?¹), atteignant une résolution comparable aux synchrotrons pour les ces matériaux. Cela ouvrira la voie à l’étude de l’ordre atomique à courte portée dans des matériaux jusque-là inaccessibles en EM. Afin de réduire encore la dose d’électrons, FLASH développera des pipelines d’analyse de données optimisés pour des ensembles à faible comptage, garantissant une analyse précise à des doses minimales. Les procédures techniques seront validées puis appliquées à divers nanomatériaux sensibles, tels que des nanoparticules bimétalliques, des films polymères dopés et des matériaux extraterrestres. Ces avancées sont particulièrement pertinentes dans le contexte du European Green Deal, où la conception améliorée des matériaux est essentielle pour la conversion durable de l’énergie, le développement de dispositifs électroniques plus performants et des procédés chimiques respectueux de l’environnement. Au-delà des avancées scientifiques, FLASH contribuera au développement d’outils logiciels open source pour le traitement des données, garantissant une large accessibilité et reproductibilité des méthodologies. En rendant publics les données expérimentales et métadonnées sous licences ouvertes, FLASH favorisera la découverte de matériaux assistée par apprentissage automatique, fournissant des références de haute qualité pour la validation des potentiels interatomiques et l’entraînement de modèles d’intelligence artificielle. Cette approche de science ouverte accélérera le développement de nouveaux matériaux et inspirera des initiatives similaires au sein de la communauté scientifique. Cette proposition est soumise dans le cadre de l’accord de collaboration internationale entre l’ANR et la FAPESP (Brésil), avec un co-coordinateur à l’Université d’État de Campinas. Un aspect clé du projet est la formation des jeunes chercheurs : les étudiants recrutés seront co-encadrés par des chercheurs français et brésiliens et passeront un temps significatif dans les laboratoires partenaires. Les résultats du projet seront diffusés via des publications à fort impact et des conférences internationales, garantissant une visibilité mondiale et favorisant la collaboration. En combinant innovation instrumentale, découverte de matériaux basée sur les données et collaboration internationale, FLASH établira de nouveaux standards en EM, faisant progresser la recherche fondamentale et les applications industrielles.