Microscopie à effet tunnel des surfaces d'or ultraplates

Une nouvelle étude d'imagerie STM révèle des détails stupéfiants à l'échelle atomique sur des surfaces d'or ultraplates.

Les surfaces d'or ultraplates permettent une imagerie à haut rapport signal/bruit pour les applications AFM et STM. En raison de leur topographie ultra-lisse, ces surfaces ont été utilisées pour étudier le comportement de l'eau et de l'air. Matériaux 2D, brins simples d'ADN, monocouches auto-assemblées, dispositifs nano-plasmoniqueset monocouches de membranes cellulaires.    

Dans une nouvelle étude d'imagerie, le Dr Árpád Pásztor de l'Université de Genève, en Suisse, a effectué des mesures par microscopie à effet tunnel (STM) sur des surfaces d'or ultraplates fabriquées par Platypus Technologies. Les échantillons étaient constitués de surfaces d'or fraîchement décapées et cultivées sur des tranches de silicium (AU.1000.SWTSG). Ces expériences ont été réalisées à basse température (77 K) dans des conditions d'ultravide. Les images haute résolution qui en résultent, gracieusement fournies par le Dr Pásztor et reproduites ci-dessous avec son autorisation, révèlent de nouveaux détails stupéfiants sur les surfaces d'or ultraplates de Platypus Technologies.

Figure 1 : (a) image AFM et (b) image STM d'une surface d'or ultraplate de Platypus Technologies.

Une première inspection des images STM révèle des grains d'or ayant des dimensions de plusieurs centaines de nanomètres. A étude préalable avec la diffraction par rétrodiffusion d'électrons (EBSD) a analysé des zones de 160 μm x 200 μm de la surface d'or ultra-plate, mesurant le diamètre moyen et la surface des grains d'or à 2,96 μm et 3,64 μm.2respectivement. L'inspection de l'échelle de hauteur (à droite de l'image STM, figure 1b) confirme que la surface présente une topographie de hauteur uniforme sur toute la zone analysée. À l'exception des joints de grains, la toute la surface a une hauteur similaire et les variations de hauteur sont à l'intérieur un (1) nanomètre. 

Les balayages linéaires de la surface d'or ultraplate fournissent des mesures quantitatives de la hauteur de la surface. La figure 2 présente une image STM représentative et trois profils de hauteur issus de balayages linéaires. Ces données révèlent qu'à l'intérieur de chaque grain d'or, la variation de la hauteur de la surface est de de manière significative moins de 1 nanomètreet la diminution de la hauteur qui correspond aux joints de grains n'est que de ~1 à 2 nanomètres. À titre de comparaison, l'épaisseur du la membrane cellulaire mesure ~4 nanomètres.

Figure 2(a) Image STM d'une surface d'or ultraplate ; les lignes rouges indiquent la position des balayages linéaires. (b-d) Profils de hauteur de trois balayages linéaires différents. Notez que l'axe des y va de 5 à 9 nanomètres, tandis que l'axe des x va de 0 à 2 micromètres. À l'intérieur d'un grain d'or, la variation de hauteur est nettement inférieure à 1 nanomètre. Aux limites des grains, la hauteur diminue d'environ 1 à 2 nanomètres.

Ensuite, l'étude d'imagerie a permis de caractériser les variations de hauteur à l'échelle nanométrique de la surface de l'or à l'intérieur de chaque grain (figure 3). Les images révèlent que chaque grain est composé de plusieurs des terrasses d'or empilées. En examinant de près les images, nous observons que la différence de hauteur entre les terrasses est d'environ 0,2 nanomètre, une valeur qui est cohérente avec la variation de hauteur à l'intérieur du grain mesurée par les balayages linéaires de la figure 2. 

Figure 3(a) Image STM à haute résolution d'une surface d'or ultraplate. (b) Zoom sur l'image révélant des terrasses d'or.

Une image STM à haute résolution d'une zone de 100 nm x 100 nm à l'intérieur d'un grain d'or est présentée à la figure 4. Cette image permet d'observer clairement des terrasses d'or individuelles. La terrasse au centre de l'image mesure environ 3 000 nm2. En outre, nous observons que la variation de hauteur de terrasse à terrasse est de l'ordre de quelques centaines de picomètres. À titre de comparaison, le diamètre des atomes d'or en liaison métallique est de 288 picomètres. Ainsi, nous émettons l'hypothèse que les feuilles observées à l'intérieur de chaque grain (Figures 3 et 4) correspondent à des terrasses de l'épaisseur d'un atome d'or, et que chaque terrasse correspond à une plan uniforme d'atomes d'or. 

Figure 4: L'image STM à haute résolution d'une surface d'or ultraplate révèle des terrasses d'or uniformes.

En conclusion, les images STM à haute résolution de surfaces d'or ultraplates révèlent des détails exquis de la surface. Les images révèlent de grands grains d'or avec une rugosité de surface uniforme sur l'ensemble de la zone analysée. Chaque grain est composé de terrasses d'or d'une épaisseur d'un seul atome.

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Crédits : Toutes les images et données STM ont été généreusement fournies par le Dr. Árpád Pásztor de l'Université de Genève. L'équipe marketing de Platypus Technologies a composé et mis en forme le contenu de ce blog. Vous avez des questions ou des commentaires ? N'hésitez pas à nous contacter nous contacter