Brevet FR3099635A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Sonde atomique tomographique à générateur d'impulsions térahertz [0001] L'invention se situe dans le domaine technique général de l'analyse de la com- position de matériaux à l'échelle atomique. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs d'analyse fonctionnant par évaporation d'un échantillon du matériau au moyen d'une impulsion électrique ou optique. Plus précisément, le domaine de l'invention est celui des sondes atomiques tomographiques. [0002] Dans une sonde atomique tomographique, une tension continue est appliquée sur l'échantillon de matériau à analyser. L'échantillon taillé sous forme de pointe de faible rayon, compris généralement entre 10 et 200 nanomètres est placé dans une enceinte à vide. Le matériau peut être conducteur, isolant ou semi-conducteur. Lc champ électrique intense ainsi créé est suffisant pour arracher les atonies de la surface qui sont ionisés et projetés sur un détecteur en position et en temps. [0003] En superposant des impulsions électriques ou lumineuses à la tension continue, les atonies de surface sont évaporés à des instants précis sous forme d'ions. La mesure des temps de vol des ions permet de déterminer leur nature chimique par spectroscopie de niasse à temps de vol. Les données recueillies permettent de représenter le volume de l'échantillon détruit à l'échelle de la maille atomique, ainsi que la nature chimique de chaque atome. [0004] La résolution en masse d'une sonde atomique assistée par impulsions électriques dépend de la durée de l'impulsion qui contrôle la durée de l'émission et la dispersion en énergie des ions. La résolution en masse d'une sonde atomique assistée par des impulsions laser fcmtoseconde dépend de la durée pendant laquelle des ions sont émis consécutivement à l'absorption d'une impulsion lumineuse. [0005] On démontre que cette durée dépend elle-même du mécanisme physique réellement mis en jeu lors de l'évaporation. On distingue ainsi un mécanisme d'évaporation lent dont la durée est supérieure à quelques nanosecondes induit par effet thermique et un mécanisme rapide d'évaporation assistée par le champ statique intense. Cc dernier mécanisme produisant un effet d'arrachement quasi instantané des éléments de l'échantillon. Le premier mécanisme thermique lent est responsable de la limitation de la résolution en masse d'une sonde atomique assisté par impulsion laser. [0006] Les sondes atomiques tomographiques assistées par laser actuellement commer- cialisées comportent un laser émettant dans le domaine du proche ultraviolet, à une longueur d'onde de 355 nanomètres. Dans le cas des métaux, cette longueur d'onde permet, pour des géométries adaptées de l'échantillon, de confiner l'absorption au bout 2 de l'échantillon. Pour les matériaux semi-conducteurs, ayant un gap inférieur à 3eV, l'absorption de la lumière du laser dans le proche UV est également confinée au bout de l'échantillon. Ce confinement de l'absorption favorise le mécanisme d'évaporation rapide. [0007] Mais, dans le cas des isolants et des semi-conducteurs à grand gap, supérieur à 3cV, l'énergie du laser est faiblement absorbée en bout de pointe et des maxima d'absorption apparaissent loin de cette extrémité, donnant lieu à une évaporation thermique lente et retardée qui dégrade la résolution en masse de l'instrument. [0008] De plus, le fort champ statique appliqué à l'échantillon augmente l'absorption en bout de pointe. Ainsi, l'énergie du laser doit être ajustée selon la valeur du champ électrique appliqué. [0009] En pratique, les conditions d'analyse sont déterminées de façon à favoriser le mécanisme rapide d'évaporation et à minimiser le mécanisme lent. Cependant, ces conditions d'analyse influencent fortement la mesure de composition des matériaux isolants et semi-conducteurs. En particulier, la mesure varie avec la valeur du champ statique appliqué. [0010] Ainsi, les forts champs favorisent l'émission rapide mais peuvent donner lieu à des biais dans les mesures de composition. Par ailleurs, les champs plus faibles peuvent donner des analyses en composition plus fiables mais avec une mauvaise résolution en niasse. Enfin, des valeurs de champ ou d'énergie laser trop importantes ont pour conséquence de conduire à la destruction de l'échantillon par effets électrostatique et thermique. [0011] Par conséquent, il est nécessaire de déterminer les conditions de champ et d'éclairement à la fois capables de minimiser l'évaporation lente thermique et de donner des valeurs de composition proches des valeurs nominales. Ces valeurs optimales sont difficiles à déterminer. Elles sont fonction de plusieurs paramètres tels que la composition du matériau analysé ou la géométrie de la pointe de l'échantillon. Or, la composition du matériau analysé n'est, par principe, pas exactement connue. De la même façon, la géométrie exacte de l'échantillon n'est pas parfaitement maîtrisée compte-tenu des faibles dimensions mises en jeu. En outre, l'évaporation de la matière pendant l'analyse change la géométrie de l'échantillon. [0012] Par conséquent, actuellement, les conditions d'analyse optimales relèvent du réglage empirique. Par ailleurs, pour analyser différents échantillons de matériaux, il est généralement nécessaire de réaliser un réglage spécifique pour chaque échantillon analysé, y compris lorsque tous les échantillons sont réalisés dans le même matériau. De plus, la géométrie de l'échantillon variant au cours de l'analyse, les réglages doivent être modifiés en cours d'analyse pour préserver la qualité des spectres de masses et des mesures de composition. 3 [0013] Ainsi, pour pallier ces différents inconvénients, les analyses par sonde atomique sont souvent couplées à des analyses par d'autres techniques telles que la microscopie électronique et la spectroscopie de photoluminescence. La microscopie électronique en transmission permet de déterminer la géométrie et la structure des échantillons en début et en fin d'analyse. La photoluminescence permet de vérifier, dans certains cas, la composition nominale afin de déterminer les espèces majoritaires composant le matériau à partir des spectres d'émission ; [0014] La composition des matériaux peut également être mesurée par des techniques al- ternatives. On citera les méthodes optiques, la microanalyse par spectroscopie dispersive de rayon X ou par spectroscopie de perte d'énergie des électrons ou la diffraction des rayons X. Ces différentes méthodes donnent une indication plus ou moins précise de la composition de l'échantillon. Cette valeur peut être comparée à celle trouvée par la sonde atomique. [0015] Toutefois, les mesures obtenues grâce aux techniques complémentaires ne sont pas toujours comparables à l'information tridimensionnelle obtenue par sonde atomique, notamment sur des nano-objets fortement inhomogènes pour lesquels la distribution des éléments chimiques à l'échelle nanoscopique détermine leur comportement macroscopique. [0016] Ainsi, procéder à la réalisation d'analyses répétitives permettant, par exemple, de contrôler qu'un procédé de réalisation d'un matériau composite ne varie pas, s'avère être une opération difficile et fastidieuse qui conduit parfois à la destruction de certains échantillons. De plus, les tentatives d'analyse de certains matériaux à grand gap comme les fluorures échouent systématiquement et des conditions optimales de champ et d'énergie laser n'ont pu être déterminées dans le cas d'une illumination dans l'ultraviolet. [0017] Enfin, les sondes atomiques s'ouvrent aujourd'hui aux matériaux biologiques et aux liquides qui sont analysés à très basse température pour figer leurs structures. Les premières analyses montrent que l'échauffement induit par le laser ne permet pas une analyse parfaitement correcte de ces échantillons. [0018] Les meilleures solutions existantes permettant de couvrir une large gamme de matériaux s'orientent vers l'exploitation d'impulsions XUV pour aborder les matériaux à grands gaps. On trouvera plus d'informations sur ce type de sonde dans la publication de Miaja-Avila et al. FIO 2018. Intitule "Effects of Deep-Ultraviolet Laser on Laser-assisted Atom Probe Tomography". Cependant, les effets thermiques sont encore plus prépondérants dans ce type de sonde atomique. [0019] La sonde atomique tomographique selon l'invention améliore sensiblement la ré- solution de la technique d'analyse par sonde atomique tomographique laser à travers l'annulation des effets thermiques inhérents à l'absorption des rayonnements ul- traviolet ou infrarouge conventionnellement exploités dans ces instruments. De plus, la solution permet d'élargir les domaines d'application de cette technique notamment pour l'analyse de composés biologiques tout en augmentant le taux de réussite des analyses. [0020] La sonde atomique selon l'invention comporte un système de génération d'impulsions térahertz à large bande spectrale, le matériau échantillonné étant alors une nanopointe polarisée positivement et refroidie à température cryogénique. Cette combinaison inédite comportant l'utilisation d'une source térahertz permet l'évaporation par effet de champ des atomes de la nanopointe. [0021] Plus précisément, l'invention concerne une sonde atomique tornographiquc comportant une chambre d'analyse fonctionnant à une température ambiante, ladite chambre d'analyse destinée à analyser un échantillon de matière se présentant sous la forme d'une nanopointe montée sur un support antivibratoire, ladite nanopointe étant portée à une température comprise entre 0 Kelvin et la température ambiante par un dispositif cryogénique, ladite nanopointe étant polarisée à une tension ajustablc comprise entre lkV et 15 kV par un dispositif électronique, ladite chambre d'analyse comportant un détecteur d'ions sensible en position et en temps de vol, caractérisé en ce que ladite sonde atomique comporte un générateur d'impulsions térahertz ultrabrèves monocycles à haute intensité crête, la chambre d'analyse comportant des moyens optiques de focalisation des dites impulsions térahertz, la focalisation des impulsions térahertz entraînant l'évaporation des atomes de la nanopointe par effet de champ sans effets thermiques. [0022] Avantageusement, le générateur d'impulsions térahertz produit des impulsions mo- nocycles optiques d'amplitude supérieure à 10kV/cm. [0023] Avantageusement, la nanopointe est portée à une température inférieure à 200 Kelvins. [0024] Avantageusement, le générateur d'impulsions comporte : - un laser impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral du proche infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - un cristal non-linéaire apte à générer, par doublage de fréquence, des radiations optiques de longueur d'onde égale à la moitié de celle des impulsions optiques, - une optique de focalisation desdites impulsions et des dites radiations optiques, le plasma formé au point de focalisation engendrant les impulsions térahertz, - un filtre optique assurant l'absorption des impulsions et des radiations optiques et la transmission des ondes térahertz. [0025] Avantageusement, le cristal non-linéaire est du béta borate de baryum, connu sous la dénomination de « BBO » ou du lithium troborate, connu sous la dénomination de « LBO » ou du potassium dideurerium phosphate, connu sous la dénomination « KDP - ou du potassium titanyl phosphate, connu sous la dénomination « KTP». [0026] Avantageusement, le générateur d'impulsions térahertz comporte : - un laser impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral du proche infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - une optique de focalisation desdites impulsions optiques, - un cristal non-linéaire placé au foyer de l'optique de focalisation apte à générer les impulsions térahertz par rectification optique ou par différence de fréquence, - un filtre optique assurant l'absorption des impulsions optiques et la transmission des ondes térahertz. [0027] Avantageusement, le générateur d'impulsion Terahertz comporte : - un laser impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - un dispositif de type antenne basé sur une jonction semi-conductrice soumise à un fort potentiel électrique, - le déclenchement ultrahref du passage du courant dans la jonction par l'éclairement dudit laser émettant l'impulsion Terahertz. [0028] Avantageusement, le détecteur d'ions a un demi-angle de détection compris entre 1 et 90 degrés. [0029] Avantageusement, le détecteur d'ions est un spectromètre de masse à temps de vol. [0030] Avantageusement, les moyens optiques de focalisation des dites impulsions térahertz sont un miroir sphérique ou parabolique ou une lentille térahertz fonctionnant sur l'axe ou un miroir parabolique fonctionnant hors axe. [0031] Avantageusement, le filtre optique est une plaquette de silicium. [0032] Avantageusement, le laser impulsionnel émet à la longueur d'onde de 400 à 3000 ma- nomètres des impulsions lumineuses dont l'énergie est comprise entre 0.1 à 4 mJ, la fréquence d'émission étant comprise entre 1 à 200 kHz. [0033] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : [0034] [fig.1] une illustration d'un premier mode de réalisation d'un générateur térahertz à laser impulsionnel femtoseconde ; [0035] [fig.2] une illustration d'un second mode de réalisation d'un générateur térahertz laser impulsionnel femtoseconde ; [0036] [fig.3] une illustration d'une sonde atomique tomographique selon l'invention. [0037] La sonde atomique tomographique selon l'invention comporte essentiellement une 6 chambre d'analyse destinée à analyser un échantillon de matière et un générateur d'impulsions ultrabrèves térahertz à haute énergie qui va permettre l'analyse de l'échantillon. [0038] Comme il a été dit, il est connu d'utiliser dans cc type de sonde atomique des gé- nérateurs d'impulsions ultrahrèves dans le domaine des longueurs d'onde optiques. Pour cc type de sonde, le passage aux ondes térahertz ne saurait se résumer à un simple changement de longueur d'onde ou de fréquence. En effet, à priori, pour l'homme du métier, les ondes térahertz ont des longueurs d'onde trop importantes pour permettre l'évaporation. [0039] On notera d'ailleurs que les développements récents de cc type de sonde mettent en oeuvre des impulsions dont les longueurs d'onde sont de plus en plus courtes. [0040] En fait, les ondes terahertz semblent présenter deux inconvénients qui sont les suivants. [0041] Aux fréquences térahertz, l'énergie associée aux photons est extrêmement faible lorsqu'on la compare aux énergies des photons de la lumière visible ou ultraviolette. Cette énergie est environ mille fois plus faible. [0042] Actuellement, l'évaporation par effet de champ assisté par laser utilise des im- pulsions laser dans le domaine visible ou UV et repose sur un effet thermique induit par l'absorption des photons de lumière. Cette absorption peut avoir lieu seulement si l'énergie du photon est égale ou supérieure à l'énergie de la bande interdite du matériau. L'énergie de la bande interdite peut varier entre une fraction d'eV à plusieurs eV. Par exemple, elle est de 8 eV le cas de l'oxyde de magnésium. Les photons UV ayant des énergies supérieures ou comparables à l'énergie de la bande interdite de nombreux matériaux, ils sont alors absorbés par le matériau qui va chauffer et induire une évaporation des atomes de surface par effet thermique. Or, les photons THz ayant une énergie 1000 fois plus faible ne vont pas être absorbés par le matériau, qui donc ne peut pas, a priori, s'évaporer. [0043] Par ailleurs, le champ électrique associé aux impulsions THz générées par les dis- positifs les plus performants développés dans les laboratoires de recherche est très faible comparé aux valeurs de champ électrique nécessaire pour induire une évaporation par effet de champ. Ainsi, le champ THz généré est inférieur à 10' kV/cm alors que le champ nécessaire à l'évaporation est de 3.105 kV/cm, soit trois cents fois supérieur. [0044] Aussi, l'exploitation de ces impulsions THz s'est jusqu'à présent limitée à l'émission d'électrons à partir de nanopointes polarisées négativement, nécessitant des champs électriques plus faibles qui sont compatibles avec les intensités disponibles des sources d'impulsions THz actuelles. C'est la solution abordée dans le document de Herink et al. NJP 16 (2014) intitule "Field emission at terahertz frequencies: AC-tunneling and 7 ultrafast carrier dynamics". [0045] En fait, ces raisonnements ignorent deux effets physiques qui vont permettre d'accroître de façon très sensible les effets des ondes térahertz. [0046] Le premier effet est l'effet d'antenne qui va donner lieu à une exaltation du champ THz de plusieurs ordres de grandeurs, en particulier dans le cas des métaux. Cette exaltation va rendre le champ THz comparable au champ électrique statique nécessaire à l'évaporation par effet de champ. Ainsi, il aura une amplitude suffisamment intense pour donner lieu à l'évaporation des atonies de surface et une période d'oscillation du champ, aux fréquences THz suffisamment grande pour permettre aux atonies de franchir la barrière d'énergie afin de s'ioniser. Dans ce cas, un éclairement des échantillons par des impulsions THz intenses, permet l'évaporation par effet de champ optique. L'impulsion THz est alors équivalente à une impulsion électrique très rapide. [0047] Le second effet est l'effet résonnant. Les fréquences THz correspondent aux fréquences d'oscillation des atomes à la surface de la nanopointe, une absorption résonante est alors possible. Cette absorption est très sélective. Elle ne peut avoir lieu que pour les atomes de la surface de la nanopointe fortement polarisée. Ainsi, elle n'engendre pas d'échauffement niais une évaporation contrôlée des atomes de surface. Dans le cas d'échantillons de semi-conducteurs ou d'isolants, les études autour du comportement sous champ intense des molécules de ces échantillons permettent de mettre en évidence un changement des fréquences vibrationnelles. Ces fréquences décroissent et sont de l'ordre de quelques THz. [0048] Il est donc possible d'exciter de façon résonante et sélective ces molécules par un rayonnement THz de faible amplitude. Dans ce cas, la faible amplitude des impulsions THz rend les effets thermiques totalement négligeables. [0049] La sonde atomique selon l'invention repose sur ces deux principes qui sont la gé- nération d'impulsions THz intenses et l'utilisation d'échantillons sous forme de nanopointes polarisées positivement et refroidies. Les effets physiques mis en jeu sont les mécanismes d'exaltation du champ THz par effet d'antenne ou d'absorption résonante permettant d'induire une émission ionique contrôlée à la surface du matériau. [0050] Il existe différentes solutions techniques pour réaliser un dispositif de génération d'ondes térahertz. On trouvera des informations techniques sur cette technique dans les publications suivantes : - Generation of single-cycle THz transients with high electric-field amplitudes de T. Bartel et al / October 15, 2005, Vol. 30, N° 20 / Optics Letters - Terahertz wave ah- Photonics: Terahertz Wave Generation and Detection with Laser-induced Gas Plasma de Jiamning Dai et al /2010 / IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics - Field emission at terahertz frequencies: AC-tunneling and ultrafast carrier dynamics 8 de G. Hcrink et al / New journal of Physics 16 (2014) 123005. [0051] A titre de premier exemple de réalisation, un premier générateur térahertz est re- présenté sur la figure 1. Sur cette figure comme sur les deux suivantes, les ondes lumineuses sont représentées par des traits continus et les impulsions térahetz par des traits en pointillés. [0052] Ce générateur térahertz comporte une source laser femtoseconde 1 émettant à haute cadence des impulsions ultrabrèves de très grande puissance dans le proche infrarouge. Chaque impulsion se propage à l'intérieur d'un cristal non linéaire 2 afin de générer une radiation de fréquence double. Le cristal non linéaire est, par exemple, du péta borate de baryum, connu sous la dénomination de « BBO ». La longueur d'onde de la radiation est donc située dans le proche ultraviolet. On pourrait également utiliser du lithium troborate, connu sous la dénomination de « LBO » ou du potassium dideurerium phosphate, connu sous la dénomination « KDP » ou du potassium titanyl phosphate, connu sous la dénomination « KTP». [0053] Cette radiation ainsi que l'impulsion initiale sont focalisées à l'aide d'une lentille optique 3 dans l'air, formant ainsi un plasma P. Celui-ci irradie une onde térahertz. L'impulsion d'origine et son harmonique sont filtrées au moyen d'une plaquette en silicium 4 à haute résistance qui transmet le rayonnement térahertz. On obtient ainsi une source de rayonnement térahertz. Cette onde térahertz est ensuite transportée, collimatée et focalisée par un dispositif optique 5 qui n'est pas détaillé sur la figure 1. [0054] A titre de second exemple, un second dispositif est représenté sur la figure 2. Il comporte également une source laser femtoseconde 1 émettant à haute cadence des im- pulsions ultrabrèves de très grande puissance dans le proche infrarouge. Chaque impulsion est focalisée à l'intérieur d'un cristal non linéaire 6 au moyen d'une optique 7. Le cristal non linéaire est, par exemple, du tellurure de zinc de formule ZnTe, du niobate de lithium de formule LiNbO3 ; Ce cristal peut également être de type DAST » dont la formule chimique est 4-N, N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate, de type « DSTMS » dont la formule chimique est 4-N,N-dimethylamino-4'-N'-methylstilbazolium 2,4,6-trimethylbenzenesulfo-nate ou de type « OH1 » dont la formule chimique est 3-3-(4-Hydroxystyry1)-5,5-dimethylcyclohex-2-enylidene)malononitrile. [0055] Celui-ci génère une onde térahertz par rectification optique ou par différence de fréquence. La rectification optique est l'effet réciproque de l'effet Pockels. L'impulsion d'origine est filtrée, de la même façon, au moyen d'une plaquette en silicium 4 à haute résistance qui transmet le rayonnement térahertz. On obtient ainsi une source de rayonnement térahertz. [0056] A titre de troisième exemple non représenté, le générateur d'impulsion Terahertz comporte : 9 - un laser impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - un dispositif de type antenne basé sur une jonction semi-conductrice soumise à un fort potentiel électrique, le déclenchement ultrabref du passage du courant dans la jonction par l'éclairement dudit laser émettant l'impulsion Tcrahertz. [0057] Dans ces différentes configurations, le laser impulsionnel émet à une longueur d'onde centrale comprise entre 400 et 3000 nanomètres des impulsions lumineuses dont l'énergie est comprise entre 0.1 à 4 mJ, la fréquence d'émission étant comprise entre 1 à 200 kHz. [0058] A titre d'exemple de réalisation, une sonde atomique tomographiquc selon l'invention est représentée sur la figure 3. Elle comporte deux ensembles principaux qui sont : - le générateur d'impulsions terahcrtz 10 ; - la chambre d'analyse 20 [0059] Sur cette figure 3, le générateur térahertz est du même type que celui représenté sur la figure 1. Le générateur térahertz représenté sur la figure 2 pourrait également convenir. [0060] Le générateur représenté sur la figure 3 comporte essentiellement une source laser femtoseconde 11, un cristal non linéaire doubleur de fréquence 12, un filtre 13 et différentes optiques 14, 15, 16, 17 et 18. Les caractéristiques de ces différents éléments sont les suivantes : - Source laser femtoseconde 11 . Longueur d'onde des impulsions : 800 nanomètres . Durée des impulsions : quelques dizaines de femtosecondes . Cadence des impulsions : 1 kHertz . Energie des impulsions : 2mJ à 4 mJ - Cristal non linéaire 12 . Substrat en BBO (téta borate de baryum) . Longueur d'onde de l'harmonique : 400 nanomètres - Filtre 13 . Substrat en silicium [0061] Les éléments optiques 14 et 15 sont de simples miroirs plans de renvoi. La première lentille 16 focalise les impulsions lumineuses et assure la formation du plasma P. Le premier miroir 16 est un miroir parabolique hors d'axe qui assure la collimation des ondes térahertz. Le second miroir 18 est un miroir plan comportant un traitement d'oxyde Indium-Etain dit « ITO » qui assure la réflexion des ondes térahertz. [0062] La chambre d'analyse 20 est une chambre à vide. Elle est destinée à analyser des échantillons E de différentes natures et de différentes compositions. Ces échantillons peuvent être des matériaux métalliques, semi-conducteurs, des oxydes ou des matériaux biologiques ou pharmaceutiques. Ces matériaux peuvent être à grand gap électronique. [0063] Ces échantillons E ont une forme de nanopointe. La chambre d'analyse comporte un support d'échantillon 21 monté sur un dispositif antivibratoirc, un dispositif piézoélectrique 22 permettant de positionner finement l'échantillon, des moyens électroniques 23 permettant de porter la nanopointe à une tension supérieure à 10 kVolts. La chambre comporte un compresseur cryogénique 24 permettant de refroidir la nanopointe à une température comprise entre 0 Kelvin et 80 Kelvins. Il est possible de travailler à des températures plus élevées, typiquement de l'ordre de 200 Kelvins, voire à la température ambiante. [0064] La chambre d'analyse comporte une fenêtre 25 en diamant qui permet la transmission des ondes térahertz et un miroir sphérique 26 qui permet la focalisation des ondes térahertz sur la nanopointe de l'échantillon. Ce miroir sphérique travaille sur son axe. On pourrait également utiliser un miroir parabolique ou une lentille térahertz fonctionnant sur l'axe ou encore un miroir parabolique fonctionnant hors axe. [0065] La chambre d'analyse comporte un détecteur 27 sensible en position et en temps de vol avec un grand angle de vue de +/- 90° permettant de calculer par rétroprojection la position d'origine dans l'échantillon des ions émis avec une résolution inférieure au nanomètre. Les ions sont représentés par des croix cerclées sur la figure 3. Le détecteur comporte également des moyens d'identifier chimiquement les ions émis par la spectrométrie de masse à temps de vol. [0066] La sonde atomique comporte des moyens de caractérisation des ondes térahertz par des méthodes électro-optiques. On peut utiliser, à cet effet, un cristal électro-optique comme le phosphure de gallium (GaP) ou le tellurure de zinc (ZnTe). Ces méthodes sont connues de l'homme du métier. [0067] La sonde atomique comporte enfin différents moyens électroniques d'alimentation électrique, de contrôle, de gestion et de traitement assurant l'alimentation des différents dispositifs, leur synchronisation, la mémorisation des mesures ainsi que leur traitement. Ces différents moyens ne sont pas représentés sur la figure 3. [0068] En particulier, les moyens de traitement comportent des algorithmes de recons- truction permettant de réaliser une tomographie chimique de l'échantillon analysé. [0069] La sonde atomique tomographique assistée par impulsion THz selon l'invention a comme avantages principaux : - d'assurer l'analyse de tout type de matériau en conditions optimales, indépendamment de la géométrie et de la composition du matériau ; - d'augmenter la fiabilité des mesures de composition des matériaux métalliques, 11 semi-conducteurs et oxydes ; - d'augmenter le taux de réussite des analyses sur ces matériaux ; - d'analyser des matériaux à grand gap et des matériaux biologiques et pharmaceutiques. 12 REVENDICATIONS[Revendication 1] Sonde atomique tomographique comportant une chambre d'analyse (20) fonctionnant à une température ambiante, ladite chambre d'analyse destinée à analyser un échantillon (E) de matière se présentant sous la forme d'une nanopointe montée sur un support antivibratoire (21), ladite nanopointe étant portée à une température comprise entre 0 Kelvin et la température ambiante par un dispositif cryogénique (24), ladite nanopointe étant polarisée à une tension ajustable comprise entre lkV et 15 kV par un dispositif électronique (23), ladite chambre d'analyse comportant un détecteur (27) d'ions sensible en position et en temps de vol, caractérisé en ce que ladite sonde atomique comporte un générateur (10) d'impulsions térahertz ultrabrèves monocycles à haute intensité crête, la chambre d'analyse comportant des moyens optiques (26) de focalisation des dites impulsions térahertz, la focalisation des impulsions térahertz entraînant l'évaporation des atomes de la nanopointe par effet de champ sans effets thermiques. [Revendication 2] Sonde atomique tomographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le générateur d'impulsions térahertz produit des impulsions monocycles optiques d'amplitude supérieure à 10kV/cm. [Revendication 3] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la nanopointe est portée à une température inférieure à 200 Kelvins. [Revendication 4] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions térahertz comporte : - un laser (1, 11) impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral du proche infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - un cristal non-linéaire (2, 12) apte à générer, par doublage de fréquence, des radiations optiques de longueur d'onde égale à la moitié de celle des impulsions optiques, - une optique de focalisation (3, 16) desdites impulsions et des dites radiations optiques, le plasma formé au point de focalisation engendrant les impulsions térahertz, - un filtre optique (4, 13) assurant l'absorption des impulsions et des radiations optiques et la transmission des ondes téraherz. [Revendication 5] Sonde atomique tomographique selon la revendication 4, caractérisé en 13 ce que le cristal nonlinéaire est du bâta borate de baryum, connu sous la dénomination de « BBO » ou du lithium troboratc, connu sous la dénomination de « LBO » ou du potassium dideurcriurn phosphate, connu sous la dénomination « KDP » ou du potassium titanyl phosphate, connu sous la dénomination « KTP». [Revendication 6] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que le générateur d'impulsions térahertz comporte : - un laser (1) impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrahrèves de très grande puissance dans le domaine spectral du proche infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - une optique (7) de focalisation desdites impulsions optiques, un cristal non-linéaire (6) placé au foyer de l'optique de focalisation apte à générer les impulsions térahetz par rectification optique ou par différence de fréquence, - un filtre optique (4) assurant l'absorption des impulsions optiques et la transmission des ondes téraherz. [Revendication 7] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que le générateur d'impulsions térahertz comporte : - un laser impulsionnel femtoseconde émettant des impulsions optiques ultrabrèves de très grande puissance dans le domaine spectral infrarouge, les impulsions étant émises à haute cadence, - un dispositif de type antenne basé sur une jonction semi-conductrice soumise à un fort potentiel électrique, le déclenchement ultrabref du passage du courant dans la jonction par l'éclairement dudit laser émettant l'impulsion Terahertz. [Revendication 8] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le détecteur d'ions à un demi-angle de détection compris entre 1 et 90 degrés. [Revendication 9] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le détecteur d'ions est un spectromètre de masse à temps de vol. [Revendication 10] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les moyens optiques de focalisation des dites impulsions térahertz sont un miroir sphérique ou parabolique ou une lentille térahertz fonctionnant sur l'axe ou un miroir parabolique fonctionnant hors d'axe. [Revendication 11] Sonde atomique tomographique selon l'une des revendications 4 à 6, ca- ractérisé en ce que le filtre optique est une plaquette de silicium. 14 [Revendication 12] Sonde atomique tomographiquc selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en cc que le laser impulsionnel émet à une longueur d'onde comprise entre 400 et 3000 nanomètres des impulsions lumineuses dont l'énergie est comprise entre 0.1 à 4 mJ, la fréquence d'émission étant comprise entre 1 à 200 kHz.