Thèse soutenue le 17 octobre 2023 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Résumé :
La mesure du champ électrique est d'un grand intérêt car sa position, son orientation et sa force contrôlent les propriétés d'un appareil électronique. Cependant, cette mesure avec la résolution et la précision requises a été difficile. Le TEM est bien adapté aux mesures de champ car les électrons incidents sont sensibles à la fois aux champs électromagnétiques et aux potentiels électromagnétiques. Dans cette thèse de doctorat, la technique 4D-STEM a été développée et comparée à deux autres techniques mieux connues. Ces techniques sont l'holographie électronique hors axe basée sur TEM (appelée holographie électronique) et le contraste de phase différentiel segmenté (DPC). Par holographie électronique, des cartes du potentiel électrostatique peuvent être obtenues en utilisant l'interférence électronique. Le faisceau d'électrons chargé négativement est dévié de chaque côté d'un fil chargé positivement ou d'un birpsim pour interférer avec lui-même. La position des franges d'interférence contient des informations sur la phase des électrons à partir de laquelle le potentiel local peut être obtenu. Si des mesures du champ électrique sont nécessaires, elles peuvent alors être dérivées de la carte de potentiel. Cette technique est bien développée dans plusieurs laboratoires à travers le monde et a fait l'objet de nombreuses années de développement au CEA LETI. Par conséquent, il servira de référence pour ce travail en termes de potentiel et de cartographie de terrain. La deuxième technique, DPC, est basée sur la détection de la déviation d'un faisceau convergent lorsqu'il traverse une région contenant un champ électrique. Cela se fait en mesurant les changements de courant de faisceau mesurés sur un détecteur segmenté. L'approche de contraste de phase différentiel pixélisé utilise le même principe que le DPC, mais utilise un détecteur pixélisé pour collecter la distribution complète du faisceau d'électrons diffusé à partir duquel nous espérons pouvoir quantifier les mesures du champ électrique.
Les différentes études réalisées au cours de cette thèse nous ont permis de déterminer quels sont les meilleurs paramètres pour la cartographie de champ électrique 4D-STEM. Ces études nous ont également permis de mettre en évidence comment 4D-STEM peut dépasser les limites rencontrées lors de la réalisation à la fois de DPC et d'holographie ainsi que les nouvelles limites atteintes par 4D-STEM.

Jury :
Rapporteur : Rafal E. Dunin-Borkowski
Rapporteure: Ana M. SAanchez
Examinateur : Trevor P. Almeida
Examinatrice :  Moïra Hocevar
Examinateur :  Williams Lefebvre
Examinatrice :  Eirini Sarigiannidou
Directeur de thèse : Jean-Luc Rouvière
Co-directeur de thèse : David Cooper

Mots clés :
DPC, champ electrique, Microscopie électronique en transmission, 4D-STEM, Holographie