Diffraction et imagerie aux rayons X en utilisant un faisceau cohérent : applications aux optiques rayons X et au cristaux comportant des hétérogénéités de phase

X-ray diffraction and imaging with a coherent beam : application to X-Ray optical elements and crystal exhibiting phase inhomogeneities

• Auteur / Autrice : Fabio Masiello
• Direction : Jürgen Härtwig, Carlo Lamberti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
• Date : Soutenance le 13/05/2011
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Università di Torino (Turin, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : European synchrotron radiation facility (Grenoble, Isère, France ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : José Baruchel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jürgen Härtwig, Carlo Lamberti, Simon Connell, Pierre Bastie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brian Tanner

Mots clés

Mots clés libres

Rayonnement synchrotron

Optiques pour rayons X

Diamant

Cohérence

Imagerie de phase dans des cristaux

Synchrotron radiation

X-ray optical element

Diamond

Coherence

Phase imaging in crystals

Résumé

Les propriétés exceptionnelles des sources de rayonnement synchrotron ont été et sont de plus en plus exploités dans des disciplines très différentes, allant de l'archéologie à la chimie, de la science des matièraux a la biologie, de la médecine à la physique. Parmi ces propriétés, il est important de mentionner la haute brillance, le spectre continu, le haut degré de polarisation, la structure temporelle, la petite taille de la source et la petite divergence du faisceau. Ces dernières propriètèes entraînant une forte cohérence transversale du rayonnement produit. La cohérence du faisceau a permis le développement des nouvelles techniques comme par exemple, l'imagerie à contraste de phase, la spectroscopie à corrélation des photons et l'imagerie par diffraction des photons cohérents. Par conséquent, il est de première importance que les éléments optiques puissent préserver cette propriété, perturbant le moins possible la front d'onde. Ce travail de thèse se constitue de trois parties. Dans la premiere partie, je vais présenter le travail effectué au sein du groupe optique de l'ESRF dans la caractérisation des cristaux de diamant synthétique de haute qualité prévus pour des applications aux optiques pour les rayons X. Cet caractérisation a été effectué en utilisant différentes techniques rayons X complémentaires, telles que la diffractométrie à haute résolution, la topographie, la diffraction en incidence rasante, la réflectométrie et des mesures de préservation de cohérence en utilisant l'effet Talbot. Dans la deuxième partie, je expose les résultats obtenu dans l'étude du comportement à haute température des domaines ferroélectriques dans un cristal périodiquement polarisé. Dans cet type d'étude, basé sur la diffraction de Bragg-Fresnel, est nécessaire un haute cohérence du faisceau. Dans la troisième partie, je présents des résultats obtenu dans la caractérisation des diamants prévus pour des applications autres que les optique rayons X.

The exceptional properties of synchrotron light sources have been and increasingly are exploited in very different disciplines, from archaeology to chemistry, from material science to biology, from medicine to physics. Among these properties it is important to mention the high brilliance, continuum spectrum, high degree of polarization, time structure, small source size and divergence of the beam, the last resulting in a high transversal coherence of the produced radiation. This high transversal coherence of the synchrotron sources has permitted the development of new techniques, e.g. phase contrast imaging, X-ray photon correlation spectroscopy and coherent X-ray diffraction imaging (CXDI). The thesis work will consist essentially of three parts. In the first part it will be presented the work done as a member of the X-ray Optics Group of ESRF in the characterization of high quality diamond crystals foreseen as X-ray optical elements. The characterization has been done using different complementary X-ray techniques, such as high resolution diffraction, topography, grazing incidence diffraction, reflectivity and measurements of the coherence preservation using the Talbot effect. In the second part, I will show the result obtained in the study of the temperature behaviours of the domain in periodically poled ferroelectrics crystals. This type of measurements, based on Bragg-Fresnel diffraction, are possible only thanks to the high degree of coherence of the beam In the third part, I will present the results obtained in the characterization of diamonds foreseen for applications other than X-ray optical elements.