La sonde atomique assistée par laser à large champ de vision : traitement de données tomographiques et analyses cristallographiques

Ce mémoire s’inscrit dans le développement de la sonde atomique, un domaine actuellement en pleine expansion qui s’annonce incontournable pour la caractérisation des matériaux à l’échelle atomique. Cette technique consiste à faire évaporer les atomes d’un matériau un par un afin de reconstruire son volume en trois dimensions. Ainsi, il est possible d’obtenir une image tomographique 3D du matériau à une résolution presque atomique. La tomographie par sonde atomique (APT) permet non seulement de localiser chaque atome, mais aussi d’identifier son isotope. Cette technique présente cependant un taux de détection limité (entre 60 et 80%) et ne permet pas directement d’identifier la structure cristalline du matériau. Toutefois, les phénomènes physiques qui interviennent lors de l’évaporation permettent d’extraire des informations indirectes sur cette structure. Ce mémoire présente les avancées réalisées dans la compréhension des données APT, notamment en lien avec la structure cristalline des matériaux analysés. Ces travaux s’appuient sur les progrès récents des sondes atomiques à large champ de vision, qui permettent une meilleure observation des effets cristallins sur les mesures. Cette nouvelle génération de systèmes introduit également des différences significatives dans les reconstructions 3D, comparativement aux versions précédentes, lesquelles sont analysées ici. Cette amélioration est rendue possible par l’introduction d’un système optique qui réoriente les ions hors champ vers le détecteur à l’aide d’une série d’électrodes créant un champ électrique. Ce système génère néanmoins des aberrations optiques qui sont également étudiées. La méthodologie repose sur l’utilisation d’informations cristallines présentes dans les données pour améliorer la reconstruction et proposer une méthode de calibration du nouveau système optique. Pour ce faire, nous avons développé un algorithme basé sur la transformée de Fourier permettant de détecter la position des plans cristallins ainsi que leur distance inter-planaire. Ces deux nouvelles informations ouvrent la voie à de nombreuses techniques de reconstruction et de calibration. À partir de ces données, trois méthodes ont été développées : — Analyse de la variation du diamètre de la pointe au cours de la mesure, exploitant une propriété reliant des valeurs mesurables dans les données APT. Cela permet d’estimer une taille absolue dans un système où tout est normalement proportionnel à un paramètre arbitraire.