Équation génératrice des aberrations spatiales des systèmes magnétiques

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Scénario : Point de vue d’un novice

Sacha est doctorant en physique au CEMES. Dans le cadre de sa thèse, il étudie les propriétés magnétiques de nanofils de FeCo au microscope électronique en transmission. Le microscope électronique en transmission est un instrument versatile, capable de sonder diverses propriétés de la matière à des échelles de l’ordre du nanomètre. Sacha utilise en particulier une technique appelée holographie électronique, qui permet de réaliser entre autres des cartographies quantitatives de l’induction magnétique. Il réalise ses expériences sur l’I�TEM, un microscope du CEMES optimisé pour l’holographie.
Avant de pouvoir s’en servir, il lui a fallu préalablement suivre une formation théorique d’une journée sur la microscopie électronique en général, puis une formation pratique d’une journée sur un microscope plus conventionnel et dédié aux formations. Après plusieurs séances d’entraînement, ayant montré qu’il était capable de réaliser des expériences seul et sans risque pour l’instrument, il a été autorisé à suivre une formation sur l’I�TEM. Par la suite, il a utilisé ce microscope durant quelques séances au cours des dernières semaines.
Aujourd’hui, Sacha a réservé l’I�TEM pour la journée, et il compte acquérir des hologrammes sur des échantillons préalablement préparés et mis sur grille par un de ses collègues. Il arrive au microscope à �h��, enfile sa blouse, et suit la procédure de mise en route du microscope. Celle-ci est affichée au mur sous la forme d’une liste de choses
à faire dans l’ordre en arrivant et en partant du microscope. Sacha se sent toujours soulagé par la vue de cette liste, car sans elle, il pense qu’il oublierait forcément quelque chose avant de mettre en route le microscope, et il ne veut surtout pas risquer de casser quelque chose. Il vérifie donc que l’eau du système de refroidissement circule bien, allume les écrans et Digital Micrograph (le logiciel d’acquisition), avec lequel il vérifie que la bonne caméra est insérée. Puis il regarde que les différents ordinateurs communiquent bien entre eux avant de charger la bonne configuration du correcteur d’aberration — de ce qu’en a compris Sacha, un élément du microscope qui permet de réduire les défauts de l’image. Sacha peut. alors× se− préparer à insérer l’échantillon : il vérifie d’abord que les voyants des pompes qui maintiennent le vide soient allumés, avec un vide dans le microscope inférieur à 1 � 1� � Pa. Sacha sort alors le porte-échantillon du microscope et le déplace jusqu’à la hotte, où il pourra, à l’aide d’une petite lunette binoculaire et d’une pince, placer la grille sur la canne du porte-échantillon. Il est content d’utiliser ce porte-échantillon aujourd’hui, car le système de fixation est simple, la seule difficulté étant de positionner correctement avec la pince la grille fragile de � mm de diamètre dans le trou prévu à cet effet, ce qui ne lui prend que � essais. Il peut alors réinsérer le porte-échantillon dans le microscope. Sacha aime le système d’insertion de l’I�TEM, car il est beaucoup plus simple à prendre en main, moins risqué et moins stressant que celui du microscope qu’il utilisait jusque-là. En effet, le microscope est maintenu sous vide, et une mauvaise manipulation lors de l’insertion risquerait de faire une entrée d’air dans le microscope, qui peut l’immobiliser pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours dans les cas les plus graves, le temps de repomper ! Les risques de nos jours sont minimisés par une sécurité qui contraint− la vanne qui sépare le canon du reste de la colonne (aussi appelée gun valve) à rester fermée lors de l’insertion de l’échantillon. Cela protège le canon sous ultravide (1� � Pa) contenant la haute tension en évitant si le vide se dégrade l’apparition d’arcs électriques qui pourraient endommager des éléments de la source. En tout cas, on a bien fait comprendre à Sacha que beaucoup de choses peuvent mal se passer lors de l’insertion ou l’extraction de l’objet et qu’il était important d’être prudent. Une fois le porte-échantillon inséré dans le sas du microscope, Sacha attend que la pompe ait fini de faire le vide avant de terminer l’insertion. Il ouvre et ferme plusieurs fois la gun valve pour la nettoyer (ou plus exactement, dégazer) puis flashe alors la pointe émettrice d’électron. Cette opération consiste à y injecter un fort courant électrique durant un temps très court, afin qu’elle chauffe et se nettoie. Sacha flashe une seconde fois la pointe, car les poussières s’accumulent surtout la nuit, et flasher.× une− seule fois le matin ne suffit pas à bien la nettoyer. Sacha allume alors la haute tension, vérifie une dernière fois que le vide dans la colonne est toujours inférieur à 1 � 1� � Pa et ouvre la gun valve pour voir le faisceau électronique sur l’écran.
Sacha peut commencer le réglage du microscope. Sur le microscope qu’il utilisait avant, Sacha devait commencer par aligner le faisceau au niveau du canon, en utilisant les déflectrices qui sont des petites bobines magnétiques. Cependant, on a dit à Sacha qu’il ne devait pas toucher à l’alignement du canon sur ce microscope, bien qu’il ne sache pas vraiment pourquoi. En tout cas, cela ne semble pas nécessaire, et Sacha suppose que ce microscope est suffisamment stable pour que la configuration par défaut reste correcte au cours du temps. Vient ensuite la correction de l’astigmatisme du faisceau. Pour ce faire, Sacha manipule ce que l’on appelle des stigmateurs. Sur l’I�TEM, ceux de l’illumination se nomment CS et CS3. Sacha doit d’abord rendre le faisceau elliptique en jouant sur la valeur de CS, puis le rendre symétrique grâce à CS3, avant de lui donner une forme ressemblant au logo de la marque Mercedes en utilisant à nouveau CS. Cependant, aujourd’hui, Sacha a beau tourner les boutons dans tous les sens, il ne comprend pas ce qu’il voit, et n’arrive pas à obtenir une forme dont il aurait l’habitude. Après 1� minutes à chercher, Sacha finit par appeler à la rescousse Maïna, sa directrice de thèse. Maïna s’occupe alors de corriger le réglage de Sacha, en lui expliquant une méthode alternative lui permettant de régler l’astigmatisme. Maïna insère le diaphragme condenseur, qui permet une fois l’astigmatisme correctement réglé d’avoir un faisceau circulaire, et le centre au milieu du faisceau. Pour cela, elle concentre le faisceau en un point (on dit qu’elle le condense), le déplace au centre de l’écran à l’aide des déflectrices du faisceau (qui sont différentes des déflectrices du canon, et permettent de modifier l’angle et la position de l’illumination sur l’objet) et puis décondense le faisceau. Si le cercle obtenu n’est pas centré, c’est que le diaphragme n’est pas aligné, et ce dernier doit être déplacé jusqu’à ce que le cercle soit centré. Ce centrage effectué, Maïna laisse Sacha poursuivre seul.
Avant de continuer, Sacha doit d’abord régler la mise au point de la lentille objectif du microscope, ainsi que la hauteur de l’échantillon. Les deux sont fortement liés, car la hauteur de l’échantillon définit le plan dont on veut que la lentille objectif fasse une image. Sur l’I�TEM, la méthode pour régler ces paramètres est différente de celle du microscope qu’il utilisait avant. En effet, il devait commencer par régler la hauteur pour que l’échantillon soit à ce que l’on appelle la position eucentrique, qui est une hauteur pour laquelle l’échantillon ne se déplace pas latéralement lorsqu’on l’incline. Sacha ne comprend pas vraiment comment cela est possible, ni pourquoi cela marche comme ça, mais toujours est-il qu’il avait une procédure à suivre qui lui permettait d’obtenir cette position, et il pouvait alors régler la mise au point. L’I�TEM, lui, possède un bouton eucentric focus, qui amène la lentille à un courant dit eucentrique, préalablement fixé par le constructeur. Il doit alors modifier la hauteur de l’échantillon jusqu’à ce qu’il soit au point. Sacha ne comprend pas non plus le fonctionnement exact, mais en tout cas cette manière de faire lui simplifie énormément la tâche.
Sacha doit maintenant ajuster les points pivots des déflectrices du faisceau. Les points pivots sont une calibration qui permet, si elle est correctement faite, de contrôler indépendamment l’inclinaison et la position du faisceau dans le plan de l’objet que l’on observe. Cependant, dans le cas de l’I�TEM, le correcteur a besoin que les valeurs des points pivots restent fixes. Heureusement, la lentille C3 de l’I�TEM sépare les déflectrices et l’objectif. Ainsi, en ajustant la valeur de C3, on peut déplacer le plan pivot de la déflectrice sur le plan de l’objet. Pour cet alignement, Sacha commence par concentrer le faisceau en un point. Il va alors appuyer sur différents boutons, qui vont faire osciller différents paramètres des déflectrices, et le but va être de minimiser le déplacement du faisceau qu’il observe. Contrairement au microscope qu’il utilisait auparavant, il ne touche pas aux boutons rotatif associés aux points pivots, mais celui associé à C3. Sacha n’arrive pas à régler les pivots parfaitement : il ne peut jouer que sur un seul paramètre et quand il minimise le déplacement d’un pivot selon un axe, celui de l’autre axe n’est plus minimal. Il prend donc soin de choisir une valeur qui minimise l’oscillation uniformément.
Sacha doit s’assurer que le faisceau entre bien perpendiculairement au plan de la lentille. Il décondense le faisceau, choisi un détail de l’objet, puis appuie sur le bouton modulation, qui fait osciller légèrement le courant de la lentille ou la haute tension. La mise au point de l’image va donc varier, et donner l’impression qu’elle pulse. Si le faisceau est bien perpendiculaire au plan de la lentille, l’image pulsera sur elle-même, sinon elle oscillera dans la direction de l’inclinaison. Sacha aime ce réglage, car il le trouve facile. Il n’a plus qu’à modifier l’inclinaison du faisceau pour que l’image pulse sur elle-même.
Sacha passe au réglage du correcteur d’aberration. Sacha craint un peu cette étape, parce que si elle n’est pas compliquée, elle peut être longue, et il n’a que peu de contrôle sur son succès. Il démarre le logiciel Digital Micrograph qui contrôle la caméra et permet de visualiser une image sur l’écran de l’ordinateur. Il choisit une zone amorphe de l’échantillon et ajuste manuellement l’astigmatisme de l’image en s’aidant d’une transformée de Fourier calculée en temps réel par Digital Micrograph. Pour se calibrer, le correcteur a besoin que l’image ne soit pas parfaitement au point : Sacha modifie donc légèrement le courant de la lentille objectif en sous-focalisant sa zone amorphe. La procédure consiste essentiellement à laisser le correcteur prendre une série d’images dans lesquelles il fait varier l’angle d’inclinaison de l’illumination, ce qui lui permet de déterminer les défauts de l’image, que l’on appelle aberrations. Le correcteur dit alors à Sacha à quel point l’image est corrigée, et quelle aberration est prédominante. Sacha peut alors demander à corriger cette aberration, ou d’autres aberrations, ou décider que l’image est suffisamment corrigée. Le processus est en grande partie automatisé, et la principale intervention de Sacha consiste à cliquer sur le bouton qui porte le même nom que l’aberration indiquée, avant de laisser le correcteur prendre une nouvelle série de mesures, et de répéter l’opération. Sacha est censé s’arrêter quand la valeur indiquée, qui quantifie la présence ou non d’aberration, est plus ou moins stable, et on lui a expliqué quelles valeurs il pouvait attendre, et quelles valeurs n’étaient pas un signe de qualité. Sans que Sacha ne comprenne non plus pourquoi, la durée de cette phase est très variable suivant les jours : une valeur satisfaisante peut être obtenue en 1� minutes certains jours, alors que pour d’autres il faut bien une heure. Aujourd’hui, Sacha a de la chance : la fameuse valeur est atteinte après seulement �� minutes.
Sacha se rend compte alors que cela fait un moment qu’il n’a pas vérifié le courant d’émission. En effet, la pointe du canon à émission de champ froide de l’I�TEM doit être flashée régulièrement pour être nettoyée, au risque sinon de la dégrader, voire de la détruire par un arc électrique. Heureusement, Sacha constate que le courant était encore supérieur à � µA. D’après ce qu’on lui a dit, tant que le courant ne tombe pas en dessous de � µA, tout va bien. Pour le reste de la séance, Sacha se souviendra de flasher régulièrement.
Maintenant que le microscope est aligné, Sacha va parcourir la grille à la recherche de nanofils, pour noter la position de ceux qu’il veut observer. Pour cela, il choisit d’abord un faible grandissement pour repérer le centre de la grille par une forme une croix reconnaissable. Sacha déplace la grille à l’aide de la platine motorisée, qu’il contrôle par deux boutons rotatifs, un pour l’axe , l’autre pour l’axe . Sacha est toujours un peu perdu quand il déplace l’objet, car le microscope introduit une rotation entre le plan de l’objet et celui de l’écran, rotation qui peut varier entre les différentes configurations. Il ne sait donc jamais vraiment dans quel sens va se déplacer l’objet avant d’avoir touché à un bouton, et il se trompe souvent à cause de ça. De plus, il a observé qu’il lui était très difficile certaines fois de se déplacer d’un carreau de la grille à l’autre. Heureusement, il s’adapte toujours après quelques minutes. Une fois le centre trouvé, Sacha se positionne dans le carré supérieur gauche, et augmente le grandissement pour l’explorer. Il note la position des nanofils qui l’intéressent sur son cahier, en dessinant une carte de la grille, qu’il annote avec la description de ce qu’il voit dans la grille. Il prend aussi une image du nanofil à chaque fois, et en reporte la référence sur sa carte, pour être sûr de le reconnaître. Sacha passe d’un carré à l’autre en suivant un chemin en spirale, pour explorer tous les carrés sans se perdre. Après 1h��, Sacha a fini, et il est l’heure de déjeuner. Sacha coupe donc l’émission avant de partir prendre son repas.

Prendre du recul

Le microscope électronique en transmission est un outil extrêmement puissant et versatile. Il permet non seulement d’observer la matière à des échelles inférieures au nanomètre, mais aussi de sonder des propriétés spécifiques, comme les états magnétiques ou les détails de la microstructure. Cependant, comme nous venons de le voir au travers de ces différents scénarios d’utilisation, l’instrument n’est pas sans contraintes.

Automatisation

En dépit d’améliorations importantes au fil du temps, l’outil reste très manuel et demande beaucoup d’interventions de la part de l’utilisateur. Pour cette raison, l’automatisation d’expériences en microscopie électronique en transmission est un domaine de recherche en expansion depuis de nombreuses années. Au départ, des routines ont été développées pour réaliser la mise au point et la correction d’astigmatisme (Erasmus et Smith 1��� ; Saxton, Smith, et Erasmus 1��� ; Koster, Van den Bos, et van der Mast 1���), conduisant à l’alignement assisté par ordinateur des aberrations d’ordre supérieur pour la microscopie électronique corrigée en aberration sphérique (Uhlemann et Haider 1���). L’automatisation permet aussi d’acquérir des séries d’inclinaisons tomographiques pour la cryomicroscopie (Dierksen et al. 1���), la diffraction tomographique (Kolb et al.
����), et la tomographie holographique (Wolf et al. ��1�). Il est également possible d’acquérir de nombreuses zones de l’échantillon et de valeurs de défocalisation pour l’analyse de particules uniques en cryomicroscopie (Korinek et al. ��11).
Pour ces applications, l’automatisation a été développée afin d’acquérir une séquence spécifique d’images, ou d’ensembles de données, dans une série prédéterminée de conditions expérimentales. Un grand nombre d’images peuvent être enregistrées sans erreur ni fatigue de l’opérateur, grâce à un logiciel dédié (Tan et al. ��1�). Les séquences automatisées peuvent également réduire le temps d’exposition de l’échantillon aux électrons grâce à la rapidité de l’exécution contrôlée par ordinateur, ce qui est important pour les matériaux sensibles aux faisceaux (Koster et al. 1���). Plus récemment, un système similaire a été développé pour l’analyse de particules uniques (Takahashi et al. ����). (Schorb et al. ��1�) propose même un cadre logiciel général pour développer ce type d’automatisation. Cependant, la position de l’échantillon et les conditions d’imagerie (notamment la défocalisation et l’astigmatisme) ne sont corrigées qu’entre les images d’une séquence une fois que cette dernière est achevée. Mais aucune correction autonome et continue de la dérive et des aberrations au cours de l’acquisition des images ou des expériences en général n’a jamais été développée.
Une telle approche d’automatisation avancée qui utilise un contrôle informatique complet de l’instrument, y compris de la platine porte-échantillons et des détecteurs, associé à un traitement d’image on-line et à un contrôle par rétroaction, le tout effectué en continu et en temps réel, a été théorisée (Tejada, den Dekker, et Van den Broek ��11 ; Tejada, Van den Broek, et den Dekker ��1�). Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une approche similaire d’automatisation : ce contrôle dynamique du microscope est détaillé dans le chapitre �. Nous avons ainsi implémenté un système de correction capable de compenser la dérive, tant au niveau des franges d’interférence que de la position de l’échantillon, lors de l’acquisition d’un hologramme électronique, de manière à obtenir des temps d’exposition extrêmement longs. Celui-ci est détaillé plus précisément dans la section �.�. Notre méthode permet également de mettre en œuvre des techniques avancées de reconstruction d’hologrammes reposant sur un contrôle précis des conditions d’imagerie (Volkov, Han, et Zhu ��1� ; Ru et al. 1��1).
Si nous avons appliqué cette méthode tout d’abord dans le contexte de l’holographie électronique, il est tout à fait envisageable de l’étendre à d’autres techniques de microscopie électronique. De plus, ce type d’approche peut être étendu au contrôle d’autres paramètres de l’acquisition.

Simulation

Un autre point est la complexité d’utilisation de la machine. En effet, le comportement du microscope peut souvent paraître mystérieux — voire intimidant — aux yeux du débutant, mais parfois aussi de l’expert. Cette difficulté de prise en main de l’instrument est un problème, car elle a d’une part un coût financier et de temps de formation. D’autre part, elle implique une perte d’efficacité pour l’expérimentateur qui ne peut pas utiliser le microscope comme il le souhaite, ni au maximum de ses capacités. Par conséquent, il est rare que l’on arrive à pousser l’instrument dans ses derniers retranchements, et l’utilisateur se retrouve bien plus souvent limité par le manque de contrôle qu’il a sur la machine plutôt que par la machine elle-même.
Ce problème vient notamment du fait que le microscopiste n’a pas de moyen de savoir précisément ce qu’il se passe dans le microscope. La seule information à sa disposition est l’image produite en sortie, et toute la difficulté consiste alors à savoir manipuler le microscope en interprétant cette image, ce qui n’est pas simple, ni toujours possible. Il est donc nécessaire de développer des stratégies qui permettent d’exploiter au maximum cette représentation sous forme d’images, dans le but d’ajuster la configuration du microscope. Ce qui va se traduire par l’usage de techniques d’alignement, comme celles décrites au début de ce chapitre. Ces techniques d’alignement consistent à modifier certains aspects de l’état du microscope pour en observer et modifier d’autres. Le paradigme est donc centré sur l’image restituée par le microscope, autour de laquelle l’expérimentateur articule la représentation mentale qu’il se fait de l’optique de sa machine. Représentation qui se fonde sur un ensemble décorrélé d’images.
Nous proposons dans cette thèse d’introduire un paradigme différent, basé sur la représentation de l’état optique interne du microscope. Nous avons pour cela développé une simulation du comportement interne de ce dernier, qui sera détaillée dans le chapitre �, ainsi que des outils permettant de la manipuler, de la visualiser et de l’interpréter, qui seront détaillés dans le chapitre �. Nous espérons que l’usage routinier de tels systèmes puisse simplifier l’opération de l’instrument, en permettant au microscopiste de se créer un modèle mental plus clair et accessible de ce qu’il se passe dans l’instrument, mais surtout en lui donnant l’accès à cette information de manière quantitative. Nous espérons rendre possible la réalisation routinière d’expériences complexes, qui nécessitent des ajustements très fins et une compréhension approfondie de l’état optique de l’instrument. Nous espérons aussi rendre possible la préparation en amont d’expériences, pour optimiser le temps passé au microscope. Ces développements s’adressent aussi bien à l’utilisateur novice qu’à l’expert, avec leurs objectifs respectifs.

Instrumentation du microscope électronique

Le développement du microscope électronique en transmission a été permis grâce à une succession de découvertes clés, qui commencent en 1���, quand J.J. Thomson découvre l’électron (Dahl 1���, pp. 1��-1�� ; Thomson 1���) en étudiant les rayons cathodiques. Une trentaine d’années après, Louis de Broglie introduit la notion de dualité onde-corpuscule (de Broglie 1���), qui sera démontrée expérimentalement pour l’électron trois ans plus tard, par Davisson et Germer (Davisson et Germer 1���). Dans les années 1��� à 1���, Arthur Wehnelt développe des électrodes permettant de défléchir des électrons à l’aide de champ électrique (Wehnelt 1���, 1��� ; Gaertner et Engelsen ����), tandis qu’au cours de sa thèse de doctorat de 1��� à 1��� Dennis Gabor développe les premières lentilles magnétiques (Gabor 1���), constituées de bobines et d’entrefers, dont Hans Busch, du même laboratoire, démontrera que les propriétés optiques de focalisation sont équivalentes à celles d’une lentille d’optique photonique (Busch 1���). C’est en 1��1 que Ernst Ruska et Max Knoll développent le premier prototype de microscope électronique, capable de réaliser des images grandies jusqu’à ��� fois (Ruska 1���), pour ensuite développer en 1��� un second prototype capable de dépasser la résolution maximale atteignable par un microscope photonique. Ce prototype est alors constitué d’une source d’électrons, d’une lentille permettant de manipuler l’illumination sur l’objet, d’une lentille objectif permettant de former l’image de l’échantillon, et d’une lentille projecteur qui agrandit cette image pour la projeter sur un écran fluorescent, rendant cette image observable pour un œil humain.
Les microscopes d’aujourd’hui ont hérité cette structure de leur ancêtre, bien qu’avec quelques raffinements technologiques. Un microscope électronique en transmission moderne se constitue d’un canon à électrons formé d’une pointe émettrice, d’une haute tension, et d’une colonne formée d’un ensemble de lentilles électromagnétiques (qui fonctionnent sur le même principe qu’alors), de déflectrices, de stigmateurs, de diaphragmes, de biprismes et d’un stage — la platine motorisée qui porte l’échantillon et le déplace dans l’espace. Un exemple de microscope est représenté sur la figure �.1. On peut le séparer en deux parties distinctes entre lesquelles est placé l’objet : le système d’illumination, formé par le canon et les lentilles condenseurs permet de contrôler l’éclairement sur l’échantillon ; le système d’imagerie, constitué de la lentille objectif, des lentilles intermédiaires et projecteurs et du détecteur, permet quant à lui de former et agrandir l’image de l’échantillon. À différents endroits, des déflectrices permettent de contrôler l’inclinaison du faisceau ou la zone observée, ce qui permet par exemple de corriger les légers défauts d’alignement ou d’ajuster les conditions de diffraction. En raison de la section efficace de diffusion élevée des électrons avec la matière, il est nécessaire de maintenir la colonne du microscope sous vide. Afin de faciliter le pompage, les électrons sont confinés dans un tube métallique de quelques millimètres de diamètre, appelé le line tube, et passant au centre des différents éléments optiques− du microscope. Un vide minimum dans la colonne du microscope de l’ordre de 1� � Pa à 1� � Pa est nécessaire. Un vide plus poussé autour de la source (au moins 1� � Pa) est requis pour diminuer les effets de contamination au niveau de l’échantillon et de la pointe émettrice dans le cas d’une source à émission de champ. Un diaphragme différentiel de quelques millimètres de diamètre sépare la zone de vide du canon de celle du reste du microscope, couplé à une gun valve, qui permet de fermer la zone de vide du canon.

Table des matières

 1 Positionnement du problème 
1.1 Expérimenter aujourd’hui
1.1.1 Scénario : Point de vue d’un novice
1.? Prendre du recul
1.?.1 Automatisation
1.?.? Simulation
2 Théorie 
?.1 Instrumentation du microscope électronique
?.1.1 Canons électroniques
?.1.? Système électro-optique
?.1.? Déflectrices
?.1.? Diaphragmes d’ouverture
?.1.? Biprismes
?.1.? Correcteur d’aberration
?.1.? Caméra
?.? Holographie électronique
?.?.1 Principe
?.?.? Extraction de la phase et séparation des contributions de phase
?.?.? Limite de détection de la phase en holographie électronique
?.?.? Optique multibiprisme
?.?.? Pouvoir de déflexion du biprisme
?.? L’I?TEM
?.?.1 Lentilles
?.?.1.1 Lentille objectif et porte-échantillon
?.?.1.? Système d’illumination
?.?.1.? Système d’imagerie
?.?.? Biprismes
?.?.? Déflectrices
?.?.? Stigmateurs
?.?.? Diaphragmes
?.?.? Correcteur d’aberrations
?.?.? Détecteurs
?.? Théorie du contrôle
?.?.1 Principe
?.?.? Boucles de contre-réaction
?.?.? Contrôle proportionnel
?.? Optique électronique
?.?.1 Changement de variable géométrique
?.?.? Système de coordonnées
?.?.? Développement en séries d’aberrations
?.?.? Équation génératrice des aberrations spatiales des systèmes magnétiques
?.?.?.1 Dérivation par méthode des trajectoires
?.?.?.? Détermination du facteur de Lorentz
?.?.?.? Notation complexe
?.?.?.? Développement cylindrique du champ magnétique en séries de puissance (Rose ????)
?.?.? Équation du temps de vol
?.?.? Équations paraxiales des lentilles magnétiques à symétrie cylindrique ??
?.?.?.1 Coefficients linéaires
?.?.?.? Équation paraxiale spatiale
?.?.?.? Démonstration
?.?.?.? Coefficient linéaire temporel
?.?.?.? Solutions de l’équation paraxiale
?.?.?.? Propriétés d’imageries et plans conjugués
?.?.?.? Caractéristiques associées aux propriétés d’imagerie
?.?.?.? Plans cardinaux
?.?.? Méthodes numériques pour l’optique électronique
?.?.?.1 Calcul du champ électromagnétique
?.?.?.? Calcul optique
?.?.?.? SIMION
?.?.?.? EOD
?.? Interaction homme-machine
?.?.1 Principe
?.?.? Conception participative
?.?.?.1 Méthodes d’observation et d’analyse
?.?.?.? Méthodes de génération d’idées
?.?.?.? Méthodes de conception
?.?.?.? Méthodes d’évaluation
3 Contrôle dynamique 
?.1 Objectif du contrôle dynamique
?.? Architecture du système
?.?.1 Système de rétroaction
?.?.? Calibration
?.?.? Protocole de commande
?.?.?.1 Présentation du protocole de communication de l’I?TEM 1??
?.?.?.? Solution ActiveX
?.?.?.? Solution par le protocole bas-niveau
?.?.? Détecteur (caméra)
?.?.? Auto-oscillation
?.? Premier exemple de boucle de rétroaction : réglage de l’interfrange . 1??
?.? Stabilisation continue pour l’holographie électronique
?.?.1 Correction de la dérive des franges
?.?.1.1 Principe
?.?.1.? Résultats et discussion sur le contrôle de la position des franges holographiques
?.?.? Correction de la dérive de l’échantillon
?.?.?.1 Principe
?.?.?.? Caractéristique des platines de l’I?TEM
?.?.?.? Exemple d’une stabilisation de l’objet par une boucle de rétroaction
?.?.?.? Contrôle
?.?.? Discussion
?.?.? Combinaison des différentes boucles en parallèle et acquisition automatisée
?.?.? Conclusion
4 Simuler le microscope 
?.1 Simulation SIMION d’origine
?.? Développement d’un outil de construction de simulation (logiciel hudl) 1??
?.?.1 Techniques de calcul et optimisations
?.?.1.1 Imbriquer des tableaux de potentiel
?.?.1.? Décrire le canon avec un nombre minimal d’électrodes 1??
?.?.1.? Linéariser des champs de lentilles non saturées par analyse en composante principale
?.?.? Fichiers d’entrées
?.?.?.1 Fichiers de dessins d’électrodes
?.?.?.? Fichiers de description de composant
?.?.?.? Fichiers de description de microscope
?.?.? Algorithme
?.?.?.1 Compilation du fichier de microscope
?.?.?.? Compilation d’un fichier de composant
?.?.? Rastérisation d’électrodes
?.?.?.1 Électrode contenue dans le pixel
?.?.?.? Électrode intersectant le pixel
?.?.?.? Pixel contenu dans l’électrode
?.? Développement d’une simulation paraxiale (logiciel nytche)
?.?.1 Fonctionnement
?.?.1.1 Tracé de faisceau
?.?.1.? Calcul de trajectoire
?.?.1.? Calcul des paramètres optiques
?.? Valider la simulation
?.? Conclusion
5 Interface (logiciel Shifuru) 
?.1 Besoins initiaux : contextes d’usages et utilisateurs cibles
?.1.1 Contextes d’usages
?.1.? Utilisateurs cibles
?.? Méthode de conception centrée utilisateur
?.?.1 Comprendre – Analyser et comprendre le travail des chercheurs de l’équipe I?EM
?.?.? Inventer – Imaginer des solutions pour visualiser et interagir avec la simulation
?.?.? Concevoir – Réalisation et évaluation de prototypes de l’interface de simulation
?.?.?.1 Développement des prototypes initiaux
?.?.?.? Fusion des prototypes
?.?.?.? Évolution du prototype
?.?.?.? Finalisation du prototype
?.?.? Évaluer – Évaluer nos prototypes
?.?.?.1 Évaluation des deux prototypes initiaux
?.?.?.? Évaluation de la fusion des prototypes
?.?.?.? Évaluation de l’avant-dernier prototype
?.?.?.? Évaluation du prototype final
?.? Du prototype au produit fini
?.? Perspectives
Conclusion 
Références 

Télécharger le rapport complet