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Interaction électrons / molécules condensées, électrons / systèmes chimisorbés

par Amiaud Lionel - 25 mai 2010 (modifié le 6 mars)

Introduction

Cette thématique de recherche concerne l’étude des interactions entre électrons de basse énergie (0-25 eV) et des systèmes moléculaires condensés et/ou des surfaces semi-conductrices. L’objectif est de comprendre, au niveau fondamental, les interactions électrons-adsorbats déposés et les mécanismes impliqués dans les modifications chimiques qui peuvent être engendrées.

Ces études sont aussi largement motivées par le rôle important des interactions électrons/molécules au cours de nombreux processus. En effet, l’interaction entre un système moléculaire et un rayonnement énergétique libère des électrons secondaires de basse énergie qui contribuent à la modification des propriétés physico-chimiques du système en tant que vecteur secondaire de l’interaction. Ainsi notre étude s’inscrit dans la chimie et la biologie sous rayonnement ; la radiothérapie ; la physicochimie de l’environnement, des milieux interstellaires (astrochimie) et stratosphériques ; le développement de détecteurs chimiques et biologiques ; la modification et la fabrication de circuits par nanolithographie d’électrons ; le vieillissement électronique des câbles à haute tension, la caractérisation des surfaces et de leurs adsorbats par LEED, STM, HREELS ou rayons X.

Membres de l’équipe SIREN impliqués :
- Anne Lafosse, Professeur
- Lionel Amiaud, Maître de Conférences
- Céline Dablemont, Maître de Conférences
- Leo Albert Sala, Doctorant


Research Partners and Collaborations

Autres partenaires


Différentes études sont menées autour de la thématique des interactions électrons/surface


- Processus induits dans les glaces par impacts d’électrons. D’intérêt fondamental, ces études s’inscrivent dans un contexte de chimie des glaces du milieu interstellaire notamment.



- Processus induits dans SAMS (Monocouches de molécules auto-assemblées). La possibilité de modifier les propriétés physico-chimique des SAMS par impact d’électrons lents peut être utile dans le développement d’applications telles que les biocapteurs notamment.



- Caractérisation et fonctionnalisation de surfaces de diamant hydrogéné ou de semi-conducteurs (crédit image:Lawrence Livermore National Laboratory,Livermore, California)


Partenaires et Collaborations


Méthodes utilisées dans l’étude des interactions électrons/solide et la chimie de surface induite par impacte d’électrons

La chimie de surface induite par impact d’électrons lents est un des principaux thèmes de recherche. On s’intéresse ici à la possibilité d’induire des modifications des propriétés physico-chimiques des surfaces par l’intermédiaire des électrons lents. Cette étude s’articule autour de quatre techniques complémentaires : HREELS, irradiation par électrons, spectrométrie de masse et cryogénie.

Le HREELS permet l’identification de la nature chimique de la surface par étude des pertes d’énergie qu’ont subit des électrons après collisions avec la surface. Le spectre des pertes d’énergie rend compte des possibilités d’excitation rovibrationnel du système moléculaire condensé. L’étude des pertes d’énergie en fonction de l’énergie incidente des électrons, appelé fonction d’excitation, nous renseignent sur les différents processus à l’œuvre dans l’excitation de la surface ou la densité d’états électroniques du substrat.

L’irradiation par électrons lents s’effectue au moyen du canon à électron. L’ajustement en énergie permet une sélection des processus induits.

La spectrométrie de masse est l’analyse des espèces neutres qui constituent le vide résiduel de l’enceinte et celles qui peuvent être libérées par la surface sous l’action des électrons.

La cryogénie permet de contrôler la température de la surface jusqu’à des températures aussi basses que 20 K.

L’utilisation conjointe des ces techniques constitue des diagnostiques spécifiques à un type de processus physico-chimique :

L’ESD, qui couple irradiation et spectrométrie de masse permet d’identifier, sous irradiation électronique, les fragments libérés en phase gazeuse et les identifier de façon quantitative au moyen du spectromètre de masse.

Le couplage de la cryogénie, l’irradiation et le HREELS permet le piégeage par physisorption des espèces créées par les électrons sur la surface. Ils peuvent ainsi être observés à l’aide du HREELS.

La TPD, ou désorption programmée en température, couple la cryogénie et la spectrométrie de masse. Elle permet d’observer les espèces libérées en phase gazeuse par une augmentation linéaire controlée de la température de la surface. Les espèces sont libérées successivement, au fur et à mesure que les barrières à la desorption sont vaincues grâce à l’énergie thermique disponible. Le processus de désorption peut impliquer une espèce seule en multicouche (désorption d’ordre 0), une espèce en simple couche (désorption d’ordre 1) ou une désorption d’ordre supérieure qui implique plusieurs réactifs dans le formation d’une nouvelle espèce qui désorbe. Le chauffage peut aussi provoquer la formation d’une nouvelle espèce sur la surface sans être suivi de sa désorption. On pourra alors l’observer par HREELS.

Le schéma ci-dessous illustre le principe des expériences de chimie induite par impact d’électrons lents.