Observer comment la lumière jaillit de la matière, à l’échelle de quelques nanomètres et durant quelques nanosecondes : tel est le défi de Sophie Meuret. Spécialiste de l’interaction entre électrons et semi-conducteurs au Centre d’élaboration de matériaux et d’études structurales (CEMES, CNRS), à Toulouse, la chercheuse au CNRS développe des techniques de microscopie électronique capables de suivre ces phénomènes en temps réel. En mesurant notamment le temps qui s’écoule entre l’excitation d’un matériau par un électron et l’émission de lumière, elle accède aux mécanismes en jeu dans les interactions entre atomes, électrons et photons. Ses recherches contribuent ainsi à relier les propriétés optiques des matériaux à leur structure.
Outre des applications potentielles pour les LED, les nano-lasers ou les sources de photons uniques, ces travaux donnent lieu à des transferts technologiques vers des instruments de microscopie électronique de nouvelle génération. Des avancées qui reposent sur un travail collectif indispensable dans son travail et qu’elle affectionne particulièrement, de la conception des instruments à l’élaboration des matériaux.
C’est au cours de sa thèse au Laboratoire de physique des solides à Orsay, en microscopie électronique, que Sophie Meuret découvre ce qui deviendra son sujet de prédilection : l’émission de lumière à l’échelle nanométrique. En balayant des nanostructures semi-conductrices avec un faisceau d’électrons, elle observe en direct des signaux optiques invisibles à l’œil nu. « Tout à coup, j’avais accès à un monde que l’on m’avait seulement décrit. Je le voyais de mes propres yeux, j’ai trouvé cela grisant », se souvient la chercheuse.
Recrutée au CNRS en 2018, elle rejoint le CEMES où elle se spécialise donc dans l’étude de l’interaction entre électrons et semi-conducteurs, via la « cathodoluminescence », c’est à dire l’émission de lumière par un matériau excité par un faisceau d’électrons. « Lorsque l’électron arrive sur l’échantillon, c’est un peu la pagaille, avec une multitude d’interactions avec les atomes, dont certaines produisent de la lumière. Il y a énormément de choses à comprendre… »
Pour explorer ces phénomènes, elle se tourne vers la microscopie électronique résolue en temps. « Par rapport à un microscope électronique classique, c’est comme si vous passiez de la photo au film. J’ai eu la chance d’arriver au CEMES au moment où Arnaud Arbouet et Florent Houdelier venaient d’achever un prototype alors unique au monde. »
Elle contribue à adapter la cathodoluminescence résolue en temps, initialement développée en microscopie électronique à balayage, aux microscopes électroniques à transmission permettant d’accéder simultanément à la dynamique et à la localisation de l’émission lumineuse à l’échelle nanométrique. Elle peut ainsi identifier très précisément les mécanismes qui gouvernent l’émission de photons. Sophie Meuret utilise cet instrument pour étudier des semi-conducteurs aux fortes propriétés optiques, tels que les LED, les cellules solaires ou les nano-lasers. Ces développements ont notamment été transférés sur un microscope Hitachi modifié par l'équipe du CEMES pour fonctionner en régime ultra-rapide, au sein d’un laboratoire commun consacré à l’exploration de cette technologie.
Sophie Meuret observe comment la lumière naît dans la matière à une échelle infiniment petite. Au CEMES à Toulouse, elle utilise des microscopes électroniques ultra-performants pour filmer, en temps réel, les interactions entre électrons et nanomatériaux comme les semi-conducteurs. Ces matériaux, présents dans nos écrans, panneaux solaires ou lasers, émettent de la lumière quand ils sont stimulés par des électrons : c’est le phénomène de cathodoluminescence. Ses recherches permettent de mieux comprendre comment la lumière est produite à l’échelle du nanomètre (un milliardième de mètre !), et d’imaginer des applications pour des LED plus efficaces, des nano-lasers ou même des sources de lumière quantique. Elle collabore avec d’autres experts pour développer des outils de pointe, comme des microscopes capables de capturer ces phénomènes ultra-rapides.
👩🔬 Avec la participation de : Sophie Meuret, médaille de bronze 2026 du CNRS, chercheuse au Centre d’élaboration de matériaux et d’études structurales (CEMES, CNRS).
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