Fig.9a                                                           Fig.9b

La méthode de diffraction de surface la plus généralement utilisée est donc celle de la réflexion totale (S.E.X.A.F.S : Surface Extended X-ray Absorption Fine Structure ) : l'onde ne pénètre pas profondément dans la matière où elle est évanescente ( pénétration de 40 jusqu'à 1000 Å ) comme schématisé sur la figure 10 ; elle peut néanmoins s'y propager plus loin si on augmente légèrement l'angle d'incidence. L'onde ne rencontre donc plus uniquement les atomes des surfaces mais également ceux des premiers plans cristallins. Des phénomènes d'interférence peuvent alors se produire car l'onde évanescente est diffractée (elle ressort du matériau après y avoir été déviée).

Fig.10

L'analyse des mesures des intensités réfléchies permet alors non seulement de caractériser la surface mais également, comme la cristallographie classique, de déterminer la structure atomique de la couche.

Le problème de telles mesures réside dans la faible intensité de l'onde pénétrant dans le matériau et donc à plus forte raison dans les très faibles intensités des rayons diffractés qui entraînent alors des interférences très difficilement détectables.

On peut résoudre ce problème en utilisant des rayons X provenant de synchrotrons dont les progrès constants permettent d'obtenir des faisceaux de forte brillance focalisés très précisément sur quelques couches atomiques, associés à des détecteurs toujours plus sensibles.

4.2 Techniques :

La focalisation est rendue possible par l'emploi de lentilles de Bragg-Fresnel (Fig.11) spécifiques aux rayons X qui permettent à la fois de focaliser le faisceau mais aussi de sélectionner une longueur d'onde précise ( ºmonochromateur ).

On atteint, avec de telles lentilles, des foyers de l'ordre du µm2.

L'obtention d'un bon signal est un aspect du problème, sa bonne détection en est un autre. On a alors créé différents types de détecteurs capables de réagir à la moindre variation du signal reçu et ceci en temps réel ( le plus possible…).

Il faut donc combiner des dispositifs capables d'acquérir beaucoup d'informations avec des systèmes informatiques capables de les gérer (à l'heure actuelle, on peut atteindre des Giga-octets d'informations pour une étude avec des débits de l'ordre de la dizaine de Mega-octets par seconde). Il faut en effet effectuer de nombreux traitements de l'information: celle reçue étant brute, il faut séparer le signal utile des bruits de fond.

De très bons détecteurs sont obtenus à partir de silicium ultra pur ou de germanium refroidi à l'azote liquide. Néanmoins on peut en atteindre les limites dès que les signaux se multiplient ou que l'énergie reçue devient très faible.

C'est pourquoi on à créé des détecteurs à champ de dérive, à base de silicium également, qui permettent de lire des énergies avec une résolution d'environ 140 eV.

A cette résolution énergétique il faut ajouter une bonne résolution temporelle obtenue grâce à des détecteurs à gaz (ayant un temps de réaction de l'ordre de la µs) ou encore grâce à des photodiodes à avalanche qui ont une capacité de plus de 100 millions d'informations par seconde.