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Accueil > Recherche > Sciences des radiations > PRISME > Activités scientifiques > Par thématiques > Recherche fondamentale sur les interactions "particules-matière solide"

Interaction Agrégat-Solide

Ce programme de recherche, mené en commun avec l’IPN d’Orsay, est dédié aux processus d’interaction d’agrégats rapides d’atomes lourds dans les solides et aux modifications des surfaces résultant des dépôts d’énergie de très haute densité (plusieurs dizaines de keV/nm sur des distances radiales de l’ordre du nanomètre). Les sources d’agrégats développées à l’IPNO, et les accélérateurs Van de Graaff 2,5 MV de l’IPNL et Tandem 15 MV de l’IPNO, tous deux équipés des mêmes sources LMIS (Liquid Metal Ion Source) d’agrégats d’or, permettent de couvrir un large domaine d’énergie, du keV à la dizaine de MeV.

L’aspect fondamental de cette recherche porte sur la compréhension du dépôt d’énergie des agrégats et des processus de dissipation des grandes densités d’énergie au sein du solide, dont notamment le phénomène de pulvérisation des surfaces qui est le processus majeur. Dans les métaux, comme l’or et l’argent, les taux de pulvérisation sont très grands et montrent un accroissement non linéaire avec la taille des agrégats projectiles. L’impact individuel d’un agrégat conduit à la formation d’un cratère en surface de diamètre de l’ordre de la dizaine de nanomètres que l’on peut aisément observer en AFM (Atomic Force Microscopy). Ces études sont réalisées en collaboration avec l’IPNO, l’Institut de Chimie des Substances Naturelles de Gif-sur-Yvette, le Niels Bohr Institute de Copenhague et le Radium Institute de St. Petersburg.

Figure : Image en Microscopie à Force Atomique d’une surface d’or bombardée par des agrégats Au9+ d’énergie 150 keV/atome ( 1010 agrégats/cm2). Le diamètre moyen des cratères est de 16 nm, leur profondeur moyenne de 8 nm et le diamètre extérieur incluant la couronne de 52 nm.

La fraction ionisée de la matière éjectée du solide est étudiée impact par impact avec des techniques de temps de vol qui donnent ainsi accès aux distributions de masse des ions et agrégats émis à chaque impact sur la surface et à la multiplicité de l’émission.

L’aspect appliqué de cette recherche est une analyse des surfaces à l’échelle nanométrique de grande sensibilité par spectrométrie de masse des ions secondaires. Les domaines d’application concernent les biomolécules (en collaboration avec l’Institut de Biochimie et Biophysique Moléculaire et Cellulaire d’Orsay), les surfaces fonctionnalisées (en collaboration avec l’Institut des Sciences Analytiques de Lyon) et les nanomatériaux (en collaboration avec l’Institut des Nanotechnologies de Lyon).