La cathodoluminescence est un phénomène lumineux observé lorsqu’un matériau est bombardé par des électrons très énergétiques, dont l’énergie varie généralement entre quelques keV et une vingtaine de keV (1 keV = 1000 électrons-volts). Ce bombardement excite les atomes du matériau, qui peuvent alors émettre de la lumière dans des longueurs d’onde allant de l’ultraviolet au visible, et parfois jusqu’au proche infrarouge.

Ce phénomène est souvent étudié à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB). La zone analysée est relativement petite, typiquement de l’ordre de 200 micromètres par 300 micromètres, ce qui permet une observation très localisée.

Il existe deux causes principales à l’émission de cathodoluminescence :

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1. Emission intrinsèque : le matériau lui-même émet de la lumière, en raison de sa structure atomique ou cristalline.

2. Emission extrinsèque : la lumière provient d’impuretés, d’inclusions ou de défauts présents dans le matériau, parfois invisibles à l’œil nu.

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Lorsqu’un électron du faisceau entre dans le matériau, il peut exciter un électron du matériau vers une orbite d’énergie plus élevée. Quand cet électron revient à son niveau initial, il libère l’énergie sous forme d’un photon (particule de lumière). L’énergie de ce photon est précise et caractéristique de l’élément chimique concerné.

En analysant les photons émis, on peut donc obtenir des informations sur la composition chimique du matériau. Cette méthode permet une analyse qualitative (identifier les éléments présents) et parfois semi-quantitative (estimer leur concentration).

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keV : abréviation pour  kiloelectronvolt, vous trouverez la définition en bas de page.

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