Fiche professeur - Sciences Physiques ac-orleans-tours

Eléments de correction Correction de la 1ère étape : 1. Trois techniques sont adoptées dans la microscopie moderne : la
détection des signaux émis par l'objet, l'utilisation d'un signal-sonde
et l'établissement d'un pseudo-contact. 2. Les microscopes optique et électronique utilisent un signal-sonde afin
de former une image. 3. Parmi les microscopes électroniques présentés : - Le microscope à balayage (SEM) est un outil d'une extrême souplesse,
qui permet notamment de voir les structures en volume ; - Le microscope à transmission (TEM) envoie des électrons sur
l'échantillon analysé ; détecteurs et lentilles convergentes servent
ensuite à reconstituer l'image. 4. Le microscope à effet tunnel (STM) permet d'« agir sur la matière » car
il offre la possibilité de changer la position d'un atome ou d'extraire
un atome. 5. La mise en mouvement de certains atomes au sein de molécules, grâce au
microscope à effet tunnel, revient à « fabriquer » de véritable nano-
moteurs ! 6. Le microscope à effet tunnel ne permet d'étudier que des surfaces
conductrices ; il est en effet nécessaire qu'un courant électrique puisse
se propager entre la pointe métallique et l'échantillon. 7. L'élément le plus important du microscope à force atomique (AFM) est la
sonde car la dimension et la forme de son extrémité déterminent la
résolution. 8. La grandeur physique mesurée par un microscope à force atomique est un
signal électrique (tension ou résistance), lui-même proportionnel à force
mise en jeu. 9. Le microscope à force atomique fournit une information de surface, c'est-
à-dire à 2 dimensions. 10. Les microscopes à effet tunnel et à force atomique possèdent tous les
deux une sonde locale. En revanche, le premier détecte des signaux émis
par l'objet étudié ; alors que le second établit une force d'interaction
avec l'objet étudié. 11. Dans le microscope holographique, le phénomène ondulatoire utilisé est
l'interférence. 12. En plus de l'observation des colonnes d'atomes, les propriétés
électriques et magnétiques de la matière sont directement visualisables
grâce au microscope holographique.
Correction de la 2ème étape : 1. Associations : |Microscopie |? |Longueur d'onde |
|Optique |? |0,5 µm |
|À rayons X |? |3 nm |
|Electronique |? |1 pm |
|Acoustique |? |2 µm |
Classement par performance croissante : microscope acoustique <
microscope optique < microscope à rayon X < microscope électronique. 2. L'intérêt d'utiliser un microscope électronique associant balayage et
transmission est d'obtenir un bon compromis entre qualité de la vision en
volume et haute résolution de l'image. 3. La résolution du MET JEOL est inférieure à 0,17 nm ; soit inférieure à
170 pm. Or, un atome de germanium à pour diamètre 245 pm. La taille de
cet atome étant supérieure à la résolution du microscope, il est donc
possible de le discerner dans une structure cristalline quelconque. 4. La pointe d'un AFM doit être extrêmement proche de la surface du
matériau à étudier car les forces mises en jeu sont de très faible
portée : il s'agit des interactions de Van Der Waals. 5. L'amplitude donne une information d'ordre spatial, alors que la phase
donne une information d'ordre temporel. La phrase du texte signifie donc
que le microscope holographique délivre simultanément des renseignements
spatio-temporels sur la représentation de l'état quantique de l'électron
(dans la base de dimension infinie des positions). 6. L'intérêt d'utiliser un biprisme dans le microscope holographique est
qu'il permet de faire interférer la partie du faisceau incident qui passe
à côté de l'objet avec la partie du faisceau qui traverse l'objet. [pic]
Correction de la 3ème étape : L'étude à conduire doit être effectuée à l'échelle atomique, à la surface
de matériaux métalliques qui sont des objets conducteurs. L'échelle élimine l'utilisation du microscope optique et du microscope
électronique à balayage. L'étude en surface élimine l'utilisation du microscope à transmission et du
microscope holographique. Les échantillons étant conducteurs, il est possible d'utiliser la
microscopie à sonde locale : microscope à effet tunnel ou microscope à
force atomique !![pic]