Contrôle dynamique et optimisation des observations en microscopie électronique en transmission

Dynamic control and observation optimizations in transmission electron microscopy

• Auteur / Autrice : Julien Dupuy
• Direction : Christophe Gatel, Florent Houdellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Rétroaction (électronique)

Microscopie électronique en transmission

Mots clés libres

MET

Simulation

Modélisation

Rétroaction

Contre-réaction

Interaction homme-machine

Optique électronique

TEM

Simulation

Modelisation

Retroaction

Feedback loops

Human-machine interaction

Electron optics

Résumé

Le microscope électronique en transmission est un outil puissant et versatile qui permet de sonder la matière à des échelles atomiques. En fonction de la façon dont on l'aligne, différents aspects de celle-ci se révèlent, et l'on peut observer sa structure, sa composition, et bien plus encore. Cependant, l'outil reste très manuel et difficile à prendre en main, et utiliser la machine à son plein potentiel n'est pas tâche aisée pour des mains humaines. Dans cette thèse, nous développons deux nouveaux types d'outils permettant de faciliter l'opération du microscope par un humain. Le premier est la boucle de contre-réaction, un outil provenant de l'automatique qui permet d'asservir des paramètres de l'acquisition qui échapperaient autrement au contrôle de l'utilisateur. Nous montrons ici comment l'usage de telles boucles nous permet désormais d'augmenter notre rapport signal-sur-bruit en augmentant le temps d'exposition images plus long temps d'exposition, sans perte de résolution, dans le cadre de l'holographie électronique — cadre qui pourra être étendu à l'avenir. Le second est une simulation du microscope permettant à l'utilisateur d'avoir une meilleure compréhension de l'outil qu'il manipule. De telles simulations existent, et sont utilisées par les constructeurs, mais restent cantonnées aux phases de conceptions de l'instrument. Nous proposons ici d'introduire ce type de logiciel dans un contexte différent, celui de l'utilisation du microscope dans le cadre d'une expérience. Nous proposons l'idée qu'un tel outil permettrait de penser différemment la manipulation au microscope. La généralisation de ces deux types d'outils permettrait à terme de fluidifier les expérimentations de microscopie, ce qui entraînerait une réduction des temps et des coûts de manipulation, et permettrait le développement de nouvelles expériences innovantes.

The transmission electron microscope is a powerful and versatile tool for probing matter at atomic scales. Depending on how it is aligned, different aspects of it are revealed, and its structure, composition, and much more can be observed. However, the tool is still very manual and difficult to handle, and using the machine to its full potential is not an easy task for human hands. In this thesis, we develop two new types of tools to facilitate the operation of the microscope by a human. The first one is the feedback loop, a tool from automation that allows to control acquisition parameters that would otherwise escape the user's control. We show here how the use of such loops allows us to increase our signal-to-noise ratio by increasing the exposure time of longer images, without loss of resolution, within the framework of electronic holography — a framework that can be extended in the future. The second is a simulation of the microscope allowing the user to have a better understanding of the tool he manipulates. Such simulations exist, and are used by manufacturers, but remain limited to the design phases of the instrument. We propose here to introduce this type of software in a different context, that of the use of the microscope in an experiment. We propose the idea that such a tool would allow to think differently about the manipulation of the microscope. The generalization of these two types of tools would eventually allow to ease microscopy experiments, which would lead to a reduction of manipulation time and costs, and would allow the development of new innovative experiments.