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Notre groupe utilise les atomes, les molécules et les ions pour étudier et modifier les surfaces. En choisissant la nature, l’énergie et l’angle d’incidence, nous nous mettons dans des situations très différentes, allant de la plus douce à la plus brutale.

 En utilisant un multi-détecteur, un faisceau pulsé et des mesures en coïncidences, nous identifions les excitations électroniques fondamentales de surface : trions, excitons, phonons optiques.

 A l’aide d’ions multichargés (des atomes auxquels on enlève un très grand nombre d’électrons et qui se comportent alors comme de véritables aspirateurs à électrons), nous étudions le micro plasma créé à la surface et les petits trous ainsi formés.

 En utilisant des atomes rapides en incidence rasante, nous avons mis en évidence un nouveau régime de diffraction permettant d’analyser, en quelques secondes, les propriétés structurales des surfaces avec une sensibilité et précision uniques (ci-contre un changement de phase de GaAs(001)).

Le plus doux, la diffraction atomique

Si le projectile est un atome, par exemple d’hélium, de quelques centaine d’électron volt (eV) et que l’angle d’incidence est très rasant, alors ce dernier ne « touchera » même pas véritablement les atomes de la surface. Si en plus la surface est un monocristal, l’atome d’hélium peut diffracter sur les sillons bien réguliers que forme la structure cristalline. Les opticiens savent concevoir des réseaux de diffraction pour optimiser la transmission de la lumière dans certaines directions. Nous faisons l’inverse, en observant le motif de diffraction nous en déduisons la forme détaillée de la surface à l’échelle atomique. L’écart entre les pics nous donne l’écart entre les sillons tandis que l’intensité des « spots » est une sorte de transformée de Fourrier (on parle d’espace réciproque) de la forme de la surface telle qu’elle est vue dans l’espace réel par un microscope à force atomique (AFM). Après avoir découvert ce processus de diffraction, nous en avons dérivé un dispositif compact (baptisé GIFAD pour Grazing Incidence Fast Atom Diffraction) pour le suivi en temps réel de la croissance de couches minces. Un prototype (breveté) est installé sur d’un bâti d’épitaxie par jets moléculaires à l’Institut des Nanosciences de Paris. L’épitaxie par jets moléculaires permet de fabriquer à façon les plus belles couches minces qui servent dans l’électronique de pointe. La rapidité et la précision de GIFAD permet de suivre la croissance des couches et les reconstructions de surface sur les semi-conducteurs avec une précision inégalée. Tout en développant la technique, nous étudions les processus fondamentaux de décohérence quantique qui interviennent. Collaboration étroite avec INSP Paris VI ; Victor Etgens, Mahmoud Eddrief, Paola Atkinson Fabbio Finnochi.