Rayons X et matière RX 2007

Cet ouvrage collectif présente un état des lieux des différents aspects de l'étude de la matière condensée au moyen de l'analyse de son interaction avec les rayons X. Il fait suite au colloque Rayons X et Matière - RX 2007 et rassemble les contributions de spécialistes présentant leur discipline de manière pédagogique.
Les domaines scientifiques étudiés portent sur :

•  l'utilisation des faisceaux sub-micrométriques de rayons X pour la réalisation de mesures de diffusion et de diffraction sur des matériaux nanostructurés,

 la combinaison de la diffraction des rayons X et de la microscopie électronique pour déterminer la structure de composés complexes,

•  l'utilisation de dispositif de lévitation pour analyser des oxydes à, l'état liquide à très haute température,

•  et la diffraction haute résolution avec des faisceaux cohérents pour caractériser des nanostructures épitaxiées.

Le dernier chapitre propose un regard sur notre monde où le lecteur observe ce qui l'entoure en analysant l'ensemble du spectre électromagnétique.

Pr?ce. ...................................... .. 13

Ren?UINEBRETI?E et Philippe GOUDEAU

In
memoriam. Hommage?anPannetier. ................ .. 17

Michel ANNE et Jean-Claude NIEPCE

Chapitre 1. L'exploration de la mati? molle et biologique ?'aide
de faisceaux synchrotrons micro et nanom?iques. ......... .. 21

Christian RIEKEL

1.1.Introduction.
............................... .. 21

1.2.Syst?smicro-etnano-optiques.
................. .. 23

1.3.
Applications sur les fibres de polym?s. . . . . . . . . . . . . . .. 24

1.4.
Couplage micro diffraction/micro-Raman. . . . . . . . . . . . . .. 27

1.5.Applicationssurdes
microcristaux................. .. 29

1.6.Remerciements.
............................. .. 32

1.7.Bibliographie............................... .. 32

Chapitre 2. Combinaison de techniques pour la d?rmination
de structures z?ithes complexes. ..................... .. 35

Lynne B. MCCUSKER et Christian BAERLOCHER

2.1.Introduction.
............................... .. 35

2.2.
L'algorithme Focus. .......................... .. 37

2.3.
Charge-jlipping ............................. .. 39

8 Rayons X et mati? -RX 2007

2.3.1.Principedelam?ode.
..................... .. 39

2.3.2.
Adaptation aux donn? de diffraction sur poudres. . . . .. 40

2.4.Microscopie?ctronique
....................... .. 41

2.4.1.Diffraction
?ctronique. .................... .. 41

2.4.2.
Microscopie ?ctronique en transmission ?aute
r?lution(MET-BR) .......................... .. 42

2.5.Enveloppesstructurales
........................ .. 42

2.6.
Combinaison de la diffraction sur poudres et de la microscopie
?ctronique................................... .. 43

2.6.1.TNU-9................................ .. 44

2.6.2.IM-5
................................. .. 48

2.7.Conclusion
................................ .. 53

2.8.Remerciements.............................. .. 54

2.9.Bibliographie............................... .. 54

Chapitre 3. Etude de mat?aux fondus par diffusion
et diffraction des rayons X .......................... .. 57

Louis HENNET

3.1.Les
m?odessanscontact ...................... .. 57

3.1.1.
Pourquoi utiliser les techniques de l?tation? . . . . . . .. 57

3.1.2.Lestechniquesdel?tation
.................. .. 58

3.1.2.1.
La l?tation ?ctromagn?que. . . . . . . . . . . . . .. 58

3.1.2.2.Lal?tationacoustique.
................. .. 59

3.1.2.3.
La l?tation ?ctrostatique. . . . . . . . . . . . . . . .. 59

3.1.2.4.Lal?tationsurfilmdegaz............... .. 60

3.1.2.5.
La l?tation a?dynamique . . . . . . . . . . . . . . .. 60

3.1.2.6.
Combinaison de techniques. . . . . . . . . . . . . . . .. 61

3.1.3.
Mesure de la temp?ture: la pyrom?ie optique. . . . . .. 62

3.2.
Etude structurale de mat?aux ?'?t fondu " 63

3.2.1.Quecherche-t-on?
d?rminer? ............... .. 63

3.2.2.
Les d?loppements techniques. . . . . . . . . . . . . . . . .. 66

3.2.2.1.Chauffage
parlaser .................... .. 66

3.2.2.2.Chauffageparinduction
................. .. 68

3.2.3.Quelquesexemplesde
mesures. ............... .. 69

3.2.4.Exp?encesentempsr?
................... .. 71

3.2.5.
Utilisation de la diffusion anomale. . . . . . . . . . . . . . .. 74

3.2.5.1.Principedela
mesure. .................. .. 75

3.2.5.2.
Etude de l'oxyde d'yttrium fondu . . . . . . . . . . . .. 78

3.3.
Etude de la dynamique dans les mat?aux fondus. . . . . . . . .. 79

3.3.1.Principedel'exp?ence.
.................... .. 80

3.3.2.L'exp?ence.
........................... .. 81

3.3.3.R?ltatsobtenussurMgA1204.
............... .. 82

3.4.Conclusion
................................ .. 83

3.5.Remerciements.
............................. .. 84

3.6.Bibliographie.
.............................. .. 85

Chapitre 4. Etude de nanostructures de semi-conducteurs
par rayonnement synchrotron. ....................... .. 89

Vincent FAVRE-NlC?

4.1.Introduction.
............................... .. 89

4.1.1.
Importance des nanostructures " 89

4.1.2.
Sp?ficit?e la diffraction sur des objets
detaillenanom?ique.......................... .. 92

4.2.
Diffusion des rayons X par des objets de taille nanom?ique .. 94

4.2.1.Diffusionparunobjetisol?
.................. .. 94

4.2.2.Casd'unobjetd?rm?
..................... .. 96

4.3.
Propagation des rayons X au voisinage d'une surface. . . . . . .. 97

4.3.1.OptiquedesrayonsX
...................... .. 97

4.3.2.
Faisceau r??i et transmis ?ne interface. . . . . . . . .. 98

4.3.3.
Influence de la rugosit?e surface. . . . . . . . . . . . . . .. 102

4.4.
R?ectivit?es rayons X " 102

4.4.1.
G??ie et approche cin?tique . . . . . . . . . . . . . .. 102

10 Rayons X et mati? -RX 2007

4.4.2.Formalisme
dynamique. .................... .. 103

4.4.3.
Programmes d'affinement de la r?ectivit?. . . . . . . . .. 104

4.4.4.Applicationauxcouchesminces
............... .. 105

4.4.5.
R?ectivit?ors-sp?laire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 105

4.5.Diffractionenincidence
rasante................... .. 106

4.5.1.
Int?t de la diffraction en incidence rasante. . . . . . . . .. 106

4.5.2.
G??ies exp?mentales de diffraction , 106

4.5.3.
Approximation de l'onde de Born distordue

(DWBA, Distorted Wave Born Approximation). ......... .. 107

4.5.4.Simulation:?tsdeGe..................... .. 108

4.5.5.
Exemple 1 : diffraction en incidence rasante sur des d?
degermaniumd?s?ursilicium. ................. .. 109

4.5.6.
Exemple 2 : ?de d'?ts de Ge par la m?ode
iso-d?rmation.............................. .. 110

4.6.
Diffraction r?nante en incidence rasante . . . . . . . . . . . . .. 111

4.6.1.Int?t
................................ .. III

4.6.2.
Principe de la diffraction r?nante. . . . . . . . . . . . . . .. 112

4.6.3.
Diffraction « anomale» multi-Iongueur d'onde (MAD,

Multiwavelength Anomalous Diffraction). ............. .. 113

4.6.4.
Application: ?de de l'enterrement d'?ts de GaN . . . .. Ils 4.6.5.Application:nanofilsdeGe/Si ................ .. 117

4.7.
Imagerie par diffraction coh?nte sur objet unique. . . . . . . .. 118

4.7.1.
Notion de diffraction coh?nte 118

4.7.2.
Exp?ence de diffraction coh?nte. . . . . . . . . . . . . .. 120

4.7.3.
Reconstruction de l'objet diffractant et probl?
delaphase ................................. .. 121

4.7.4.
Application: diffraction sur un nanofil unique de silicium. 122

4.8.Conclusionetperspectives
...................... .. 125

4.9.
Remerciements , 127

4.10.
Bibliographil
Chapitre 5. Petit atlas de la lumi? .................... .. 131

Peter vAN BALLMOOS
5.1.Imaginerl'invisible........................... .. 131

5.2.
Fausses couleurs , 132

5.3..., et vraies couleurs: la lumi? visible. . . . . . . . . . . . . . .. 134

5.4.Lad?uvertede1umi?sinvisibles................ .
, 137

5.5.
L'atmosph? -notre fen?e vers l'Univers. . . . . . . . . . . . .. 139

5.6.
La fen?e du visible: explication ?mentaire. . . . . . . . . . .. 140

5.7.
Rep?s d'objets et r?ons c?stes pour comparaison
aveclescartes duciel ............................ .. 141

5.8.
Rep?s d'objets et r?ons c?stes pour comparaison
avec les cartes du ciel , 142

5.9.
Rep?s dans le tableau de Loustal , 143

5.1O.Lesondesradio............................. .. 145

5.10.1.
Le ciel radio 145

5.10.2.
Notre monde vu avec des yeux sensibles en radio 146

5.10.3.
Le ciel ?1 cm , 148

5.10.4.
Notre monde vu avec des yeux sensibles en radio
etr?ableen fr?ence......................... .. 149

5.11.
Le ciel dans le domaine des micro-ondes , 150

5.12.
Notre monde vu avec des yeux sensibles aux micro-ondes . .. 152

5.13.
Le ciel en infrarouge thermique , 153

5.14.
Notre monde vu avec des yeux sensibles ?'infrarouge 154

5.15.
Notre monde vu par des yeux sensibles ?'infrarouge proche. 156

5.16.
Le ciel visible 157

5.17.
Le monde de nos couleurs , 158

5.18.Lecielenultraviolet
......................... .. 159

5.19.
Notre monde vu par des yeux sensibles en ultraviolet. . . . . .. 160

5.20.
Le ciel dans le domaine des rayons X-mous , 162

5.21.
Notre monde vu avec des yeux sensibles aux rayons X-mous.. 163

12 Rayons X et mati? -RX 2007

5.22.
Le ciel dans le domaine des rayons X-durs. . . . . . . . . . . .. 164

5.23.
Notre monde vu avec des yeux sensibles aux rayons X-durs.. 166

5.24.Lecieldel'antimati?.
....................... .. 167

5.25.
Notre monde vu avec des yeux sensibles ?'?ssion
d'annihilation?ctron-positron ...................... .. 168

5.26.Lecielen
gamma........................... .. 169

5.27.
Notre monde vu par des yeux sensibles aux rayons gamma. .. 170

5.28.Lecielradioactif.
........................... .. 171

5.29.
Notre monde vu avec des yeux sensibles aux rayons gamma­
nucl?res.................................... .. 173

5.30.Lecielengammadehaute?rgie
................ .. 174

5.31.
Notre monde vu avec des yeux sensibles aux rayons gamma
dehaute?rgie. ............................... .. 175

5.32.
L'essentiel est invisible " 176

5.33.Cr?tsphotographiques.
...................... .. 177