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RÉSUMÉ
Une bonne part des informations sur la matière sont obtenues par l’intermédiaire des collisions particules-matière. Cet article traite plus particulièrement des interactions entre particules et réseaux cristallins. Les interactions avec des systèmes périodiques comme les réseaux cristallins montrent en particulier des conditions de réflexions discrètes dites de Bragg et de Laue, qui dépendent des cristaux étudiés. Les diagrammes de diffraction qui sont la conséquence de ces conditions permettent de déterminer en particulier l’emplacement des atomes. Un exemple est présenté sur un alliage aluminium-cuivre.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bernard JOUFFREY : Laboratoire MSS-Mat, UMR-CNRS 8579 École Centrale de Paris
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Richard A. PORTIER : École nationale supérieure de chimie de Paris Université Paris VI
INTRODUCTION
Une bonne part des informations sur la matière sont obtenues par l’intermédiaire des collisions particules-matière. Dans le dossier , nous avons étudié des aspects essentiels de l’interaction des électrons, neutrons, photons X avec des atomes. Puis nous avons donné un rapide résumé des arrangements atomiques qui, la plupart du temps, sont cristallisés. La définition d’un cristal a permis de dénombrer les différents systèmes cristallins.
Dans ce dossier, il sera question des interactions particules (ondes associées)/ réseaux cristallins. Nous dégagerons quelques rapides approches, sans entrer dans le détail de modèles, en particulier dynamiques, qui seront abordés dans une autre partie. Les interactions avec des systèmes périodiques comme les réseaux cristallins montrent en particulier des conditions de réflexions discrètes dites de Bragg et de Laue, qui dépendent des cristaux étudiés. Les diagrammes de diffraction qui sont la conséquence de ces conditions permettent de déterminer en particulier l’emplacement des atomes. Nous finirons par un exemple sur un alliage aluminium-cuivre.
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Application de la diffraction
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3. Effets inélastiques et filtrage en énergie
3.1 Interactions inélastiques
Lorsqu’un électron rapide pénètre dans un échantillon, plusieurs éventualités peuvent se produire. Il peut traverser l’échantillon :
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sans interaction ;
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avec une ou plusieurs interactions élastiques ;
-
avec une ou plusieurs interactions inélastiques ;
-
avec une interaction élastique, une interaction inélastique ou la combinaison de plusieurs interactions élastiques et inélastiques.
Les interactions inélastiques sont celles qui entraînent une ou des excitations des électrons de l’échantillon. À chaque interaction correspond une perte d’énergie de l’électron incident.
La plus probable est l’excitation collective des électrons libres (plasmons), mais d’autres sont possibles et peuvent être utilisées pour obtenir des informations sur les éléments présents, la structure électronique locale de l’échantillon. L’ionisation des éléments de l’échantillon sous l’effet des électrons incidents est la base d’une technique d’analyse appelée la spectroscopie électronique par pertes d’énergie. Les excitations des électrons de cœur (niveaux profonds) ou de semi-cœur (niveaux superficiels) ont des probabilités à peu près 1 000 fois moindre que les excitations de plasmons, mais elles sont caractéristiques des éléments, et permettent donc de réaliser une analyse chimique très locale qui dépend de la taille de la sonde électronique. On sait produire, à l’heure actuelle, des sondes de l’ordre du dixième de nanomètre, mais la résolution de l’analyse dépend notamment de l’épaisseur de l’échantillon. Pour un échantillon de quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur, la résolution peut être de l’ordre du nanomètre.
Cependant, dans une interaction électron-électron, le dépôt d’énergie peut être important. L’électron rapide peut théoriquement transférer toute son énergie à l’électron atomique puisqu’ils ont la même masse. Il faut cependant fournir également une énergie de liaison afin que l’électron puisse transiter vers un état libre (l’électron est un fermion).
Les pertes d’énergie correspondant à ces excitations peuvent être mises...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DESJONQUÈRES (M.C.), SPANYAARD - Concepts in surface physics. - Springer (1996).
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(2) - SEARS (V.F.) - Neutron optics. - Oxford series on Neutron Scattering in Condensed Matter. Oxford University Press (1989).
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(3) - BORMANN (G.) - * - Phys. Z., 42, p. 157 (1941) ; Z. Phys., 127, p. 297 (1950).
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(4) - HASHIMOTO (H.), HOWIE (A.), WHELAN (M.J.) - * - Proc. Royal Soc. Lond. A, 269, p. 80 (1962).
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(5) - STADELMANN (P.) - EMS a software package for electron diffraction analysis and HREM simulation in materials science. - Ultramicroscopy, 21, p. 131-146 (1987).
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(6) - EWALD (P.P.) - * - Z. Krist., 56, p. 129 (1921).
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