La microscopie électronique en transmission (MET) (en anglais transmission electronic microscopy - TEM) est une méthode permettant de voir le cœur de la matière. Elle consiste à placer un échantillon mince sous un faisceau fixe d'électrons, et de visualiser l'impact des électron sur un écran fluorescent. Cette méthode est utilisée principalement en biologie et en métallurgie.

D'une part, les électrons sont plus ou moins absorbés par la matière, on a donc un contraste qui varie selon l'épaisseur, la densité de la matière et la nature chimique des électrons. C'est ce principe qui est utilisé en biologie, pour observer des cellules ou des coupes minces d'organes.

D'autre part, les électrons se comportent comme une onde (ceci est modélisé par la physique quantique). Lorsqu'ils rencontrent de la matière organisée (des cristaux), ils vont donc être diffractés, c'est-à-dire déviés dans certaines direction dépendant de l'organisation des atomes. Le faisceau est diffracté en plusieurs petits faisceaux, et ceux-ci se recombinent pour former l'image, grâce à des lentilles magnétiques (électro-aimants qui dévient les électrons). On a donc un contraste qui dépend de l'organisation des cristallites.

schéma du microscope électronique en transmission

Les échantillons sont sous la formes de lames minces, et sont placés sous ultravide. En biologie, la lame mince s'obtient en faisant une coupe (microtome). En métallurgie, elle s'obtient par un découpage minutieux (par exemple avec une la scie à fil diamanté), puis un amincissement ; La technique la plus courante consiste en phase finale à faire un cratère, un trous traverse la lame de part en part, et l'on regarde les bords minces du trou.

La limite de résolution dépend de la longueur d'onde de De Broglie des électrons, donc de leur tension d'accélération, elle est de l'ordre de grandeur de quelques Ångstrom.

Une faute de français courante consiste à dire "microscope électronique à transmission" (confusion avec le "microscope électronique à balayage")) ; cette erreur est fréquente dans le milieu scientifique, et même dans des livres ! C'est bien un microscope en transmission (on observe l'échantillon en transparence, en transmission).

Mode diffraction

Au lieu de s'intéresser à l'image formée, on peut s'intéresser à la diffraction des électrons ; on se place dans le plan focal du faisceau et non plus dans le plan image (simplement en changeant la tension dans les lentilles léectro-magnétiques), on obtient alors la figure de diffraction, semblable aux clichés de Laue obtenus en diffraction de rayons X. On peut ainsi visualiser les direction dans lesquelles vont les électrons et ainsi caractériser les cristaux (organisation des atomes, orientation...).

Mode en champ sombre

En sélectionnant un faisceau diffracté particulier pour former l'image, on obtient un contraste dit en "champ sombre" (dark field) ; selon l'orientation locale d'un cristal, celui-ci laisse passer les électrons en ligne droite, on a donc un contraste clair, ou bien il dévie les électrons et l'on a un contraste sombre.

Supposons que, pour un cristal, le faisceau soit presque en conditions de diffraction. Le faisceau n'est pas dévié, il traverse donc le cristallite sans encombre, celui-ci apparaît clair. Si maintenant la maille est localement distordue par un défaut (par exemple une dislocation), alors le faisceau se trouve localement en condition de diffraction et est dévié. Cette zone de défaut apparaît sombre.

Microscopie à haute résolution (HRMET)

Certains électrons sont déviés (diffractés), d'autre sont transmis en ligne directe. Si l'on fait interférer un faisceau transmis en ligne directe avec un faisceau diffracté, on va obtenir une figure d'interférence. Cette figure d'interférence est une image du potentiel périodique créé par les atomes ; les taches claires correspondent aux positions des atomes.

On peut ainsi visualiser directement l'organisation des atomes, alors que dans le cas d'une figure de diffraction, il faut interpréter cette figure pour avoir l'organisation. On voit donc les défauts : joints de grain, dislocations... Cependant, il ne s'agit pas à proprement parlé d'images d'atomes, mais d'une projection du potentiel créé par ces atomes.

Microscopie en transmission à balayage (METB)

Cette technique, aussi appelée STEM (scanning transmission electron microscopy) consiste a donner un mouvement de balayage au faisceau. Le principal avantage est de pouvoir faire une analyse élémentaire des rayons X émis par les atomes sous l'effet des électrons (voir l'article microsonde de Castaing pour plus de détails), et ainsi dresser une cartographie chimique de la partie analysée.

Voir aussi