Institut des
NanoSciences de Paris
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STM UHV 4K « M2 »

JPEG Vue d’ensemble du dispositif M2 (©CNRS Photothèque)

Le microscope à effet tunnel basse température M2, premier STM « tout-numérique », a été mis en service en 2000. Le dispositif se compose d’une chambre ultra-vide (10-9mbar) munie d’un sas d’introduction rapide et d’un doigt froid connecté à un cryostat à hélium liquide. L’ensemble est supporté par une table munie de pieds anti-vibrations. Le microscope peut être refroidi par gaz d’échange jusqu’à 2K. Une bobine supraconductrice permet d’appliquer un champ magnétique de 6,5 Tesla perpendiculairement à l’échantillon analysé.

Le microsocpe M2 dans son environnement ultra-vide (©INSP)

Le microscope M2 dans son environnement ultra-vide (©INSP)

Le microscope, conçut et réalisé par D. Roditchev est constitué de 2 tubes piézoélectriques coaxiaux. Le tube extérieur est utilisé comme moteur inertiel pour l’approche grossière, la pointe étant fixée sur un chariot glissant entre 2 barreaux de saphir. L’échantillon est imagé à l’aide du piézo-tube interne.
dessin de la tête du microscope M2 (©INSP)
La tête du microscope M2 (©INSP)

La tête du microscope M2 (©INSP)

Le pilotage du STM en mode topographie et spectroscopie se fait sur PC via une carte DSP (Innovative Integration M44). L’ensemble des opérations de contrôle du microscope et d’acquisition de données, incluant la boucle de contre-réaction, l’approche grossière, etc.. se fait soit par le soft embarqué sur la carte ou par un logiciel original réalisé au laboratoire (W. Sacks, F. Breton). Cette électronique de contrôle a été conçue dans le but de réaliser le mode baptisé « topo-spectro », consistant en une spectroscopie tunnel STS en chaque point d’une image STM standard, ce qui donne accès à une cartographie détaillée de la densité d’états locale d’un échantillon.

Le système M2 est actuellement destiné à l’étude des vortex dans les supraconducteurs en particulier par « microscopie Josephson », dont le principe est d’utiliser une pointe elle-même supraconductrice, l’échantillon étant également supraconducteur. Ainsi, un courant de paires de Cooper est mesuré, qui renseigne directement sur le paramètre d’ordre (fonction d’onde supraconductrice) de l’échantillon.