Comment une personne en formation gagne du temps pour la recherche avec des électrons 'inventés'.
Cela n'arrive pas souvent : dans le cadre de son travail de fin d'études, une personne en formation en électronique à l'ETH a fabriqué un appareil de test qui permet aux physiciens de gagner beaucoup de temps lors du développement d'un nouveau type de microscope. Son travail a été publié dans une revue scientifique.
Avec beaucoup de doigté et de concentration, l'électronicien Jingo Bozzini soude les minuscules pattes d'une puce sur le circuit imprimé vert. "La soudure n'est pas mon point fort", dit-il en souriant. Il préfère la programmation du circuit sur la puce. C'était d'ailleurs l'objectif de son dipl?me de fin d'apprentissage l'année dernière. Dans le cadre de son travail de fin d'études (appelé travail pratique individuel TPI), il a développé avec Yves Acremann du groupe de recherche en physique des solides un générateur de signaux de test qui simule des données expérimentales. Aussi insignifiante que soit cette petite bo?te argentée, elle est précieuse pour la construction d'un microscope d'un nouveau genre, avec lequel les chercheurs peuvent observer des électrons individuels.
"Photographier" avec des flashs de rayons X
Outre l'ETH Zurich, d'autres universités du monde entier participent à la construction de cet instrument précurseur. Une fois achevé, le "k-microscope" sera raccordé au laser à électrons libres LCLS-II, un accélérateur de particules de Stanford. Celui-ci déplace les électrons en slalomant, de sorte qu'ils émettent de puissants flashs de rayons X. Les rayons X sont ensuite dirigés vers un échantillon dans le microscope, ce qui permet aux électrons de se détacher de l'échantillon. Un détecteur situé à l'extrémité du microscope capte les électrons libérés et calcule leur angle de sortie et leur temps de vol. Gr?ce à ces données, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur les propriétés électroniques d'un échantillon, par exemple de nouveaux semi-conducteurs. Les éclairs ultrarapides permettent en outre d'observer des processus dynamiques tels qu'une réaction chimique.
"Le générateur de signaux de test simule les électrons qui frappent le détecteur", explique le physicien Acremann. "Il peut être facilement connecté à l'électronique du détecteur dans un bureau pour programmer le logiciel du microscope." Le simulateur de Bozzini permet aux chercheurs de développer le logiciel pendant la construction du microscope. Il leur permet ainsi d'économiser beaucoup de temps et d'argent, car le logiciel est déjà pleinement opérationnel lorsque les chercheurs connectent le microscope à l'accélérateur de particules.
Intégré dans le groupe de recherche
Pour l'IPA, les apprentis doivent également établir un calendrier détaillé. "Le test du générateur et la documentation du travail ont pris plus de temps que prévu", raconte Bozzini. Et ce surtout parce qu'il a rédigé son travail - comme il est d'usage dans la recherche - dans le programme "LaTeX" et en anglais. Ce n'est pas seulement cela qui rend le travail de Bozzini exceptionnel : "Ce travail de fin d'études va bien au-delà des compétences de base d'un électronicien", explique Acremann. En janvier, Bozzini a même pu publier un article scientifique sur le générateur de signaux de test dans le "Journal of Instrumentation" - une performance peu courante pour une personne en formation.
En tant qu'apprenti, Bozzini était pleinement intégré au groupe de recherche. "J'ai pu contribuer à l'output du groupe avec mon paper", raconte-t-il. L'étroite collaboration entre les chercheurs et les personnes en formation caractérise la formation professionnelle de l'ETH. Les futurs électroniciens passent les deux premières années de leur formation dans le laboratoire d'apprentissage d'électronique, où ils acquièrent des connaissances de base en technique des circuits, en techniques de fabrication et de mesure ainsi qu'en programmation. Les deux années suivantes, ils suivent une formation au sein de l'ETH, par exemple dans un laboratoire de recherche. "Dans le domaine de la physique expérimentale en particulier, il est important que nous ayons des spécialistes capables de résoudre des problèmes techniques et de mettre des choses en ?uvre de manière efficace", explique Acremann.
Bozzini trouve certes cool d'avoir apporté une contribution importante à la recherche fondamentale avec son travail de fin d'études, mais il reste modeste : "C'est mon travail et je suis payé pour ?a", dit-il. Il ne sait pas encore s'il souhaite faire de la recherche à l'avenir. Actuellement, il passe une maturité professionnelle d'un an à temps plein. Il se souvient volontiers de son apprentissage réussi à l'ETH : après l'IPA, il a pu se rendre avec Acremann à Hambourg, où le microscope est actuellement en cours de montage. "Cela a été une expérience passionnante pour moi. J'ai alors vu que mon travail pouvait effectivement contribuer à la recherche fondamentale", raconte-t-il avec joie.
Les photos ont été prises par Fabio Merino. Il est un futur designer de médias interactifs issu de la formation professionnelle de l'ETH.
Référence bibliographique
Bozzini, J, Acremann, Y. Générateur de signal test pour simuler des événements électroniques à partir d'un microscope à momentum. Journal of Instrumentation, Volume 18, January 2023 : DOI : page externe10.1088/1748-0221/18/01/P01014