Sonde atomique tomographique: un microscope à réaction chimique sans équivalent !

Publié par Adrien le 06/12/2019 à 14:00
Source: CEA

(c)CEA
Grâce à une méthode utilisant une sonde atomique tomographique, une collaboration impliquant le Cimap-Iramis apporte des informations inédites sur des espèces ioniques instables, formées au cours de l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé vaporisation.) de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :). Ces résultats permettront d'affiner l'interprétation des analyses fondées sur des processus d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus...).

Pour analyser un échantillon par spectrométrie ionique, il faut au préalable extraire des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué...) de sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) et les ioniser. On obtient ainsi non seulement des ions "individuels" mais aussi des "agrégats" ionisés, avec un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'ionisation simple ou multiple, et en particulier des "dications" porteurs de deux charges positives, qui sont généralement instables et dont les propriétés sont pour cette raison mal connues.

Pour en savoir plus, des chercheurs ont mis en oeuvre une technique de sonde atomique tomographique (La Sonde atomique tomographique est une technique d'analyse qui entre dans la catégorie plus vaste des microscopes à effet de champ (field emission microscope) et qui consiste à ioniser des atomes d'un échantillon cristallin,...), qui est utilisée pour observer la distribution spatiale des atomes dans un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...). L'échantillon est une fine pointe en carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique autre que l’oxygène. Ils présentent donc une formulation générale de type CxXy.) de tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.) (WC) qui est évaporée, par couches atomiques successives, sous l'effet d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par...) très intense, pulsé, assisté par une impulsion laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme...). Les ions C+ et W+ sont ensuite identifiés par une mesure de "temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de vol".

Dans l'expérience, des dications Cn2+ sont aussi formés mais seuls sont mesurés la position sur le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement...) et l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) d'arrivée des produits de leur dissociation (Cn-1+ et C+). À partir de ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), l'équipe de modélisation du Cimap a pu reconstituer la fragmentation des espèces Cn2+ grâce à des simulations ab initio de la structure électronique des ions, couplées à la modélisation des trajectoires des ions, de la pointe jusqu'au détecteur.

Leurs résultats (durées de vie (La vie est le nom donné :), voies de dissociation, etc.) permettront d'affiner l'interprétation de techniques comme le SIMS (Secondary Ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui...) Mass Spectroscopy), le MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation) ou le FIB (Focused Ion Beam).

Ces travaux du Cimap (Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) sur les ions, les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et la photonique), à Caen, ont été réalisés en collaboration avec le Groupe de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des matériaux de l'Université de Rouen (L'université de Rouen est une université nationale française, basée à Rouen en Haute-Normandie.) et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Max-Planck de sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir de minerai, mais aussi l'industrie qui les met en œuvre. La création du...) de Düsseldorf (Allemagne).

Références:
Unraveling the metastability of Cn2+ (n=2−4) clusters, J. Phys. Chem. Lett.
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