Introduction

Cette thématique de recherche concerne l’étude des interactions entre électrons (de 1 eV à quelques centaines d’eV) et des systèmes moléculaires supportés 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. Les derniers développements méthodologiques portent sur l’identification et la mesure de marqueurs quantitatifs de ces processus induits.

Ces études sont largement motivées par le rôle important des interactions électrons/molécules intervenants dans des contextes variés. En effet, l’interaction entre un système moléculaire et un rayonnement énergétique libère des électrons secondaires qui contribuent à la modification des propriétés physico-chimiques du système. Ainsi nos études s’inscrivent dans les contextes de chimie 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 dispositifs par nanolithographie ; 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 SIM2D impliqués :
 Anne Lafosse, Professeur
 Lionel Amiaud, Maître de Conférences (HDR)
 Daniela Torres-Díaz, Doctorante

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.