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NanoSciences de Paris
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Séminaire général de l’INSP

SAFIR : un Système d’Analyse par Faisceaux d’Ions Rapides - Ian Vikridge - Jeudi 19 janvier 2017 à 16 h 30

INSP - UPMC - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Barre 22-23, 4e étage, salle 317

Ian Vikridge, Institut des NanoSciences de Paris

Résumé Depuis son installation en 1968 sur le campus de Jussieu - le premier accélérateur de particules de ce type au monde à être installé dans un laboratoire de physique de la matière condensée - l’accélérateur Van de Graaff de particules avec ses lignes de faisceau et chambres d’analyse associées n’a cessé d’évoluer au rythme du développement des connaissances des interactions particules-matière et des développements techniques de la détection de particules nucléaires, des rayons X et des rayons gamma, afin d’analyser la composition élémentaire et isotopique de la couche superficielle des solides, sur des profondeurs allant du nanomètre au micromètre. Il sert à une large communauté, aussi bien du campus de Jussieu, qu’aux échelles nationales et internationales.

Le désamiantage et la rénovation du campus de Jussieu ont conduit à l’arrêt complet et démontage de SAFIR en 2012, pour une période de quatre ans. Après cet hiatus, SAFIR est actuellement en phases finales de remontage, avec la majorité de ses fonctionnalités déjà de nouveau opérationnelles. Dans cet exposé, qui a l’ambition d’être accessible à un public large de physiciens, de chimistes, de géologues ou encore des chercheurs dans tous les domaines de la science des matériaux, je présenterai la machine, ses caractéristiques essentielles, les méthodes d’analyse disponibles, ainsi que leurs caractéristiques. Nous parlerons donc de la Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), du Particle Induced X-ray Emission (PIXE), de la Nuclear Reaction Analysis (NRA), de l’Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) ou encore de la canalisation de particules dans des monocristaux.

Je présenterai également quelques nouveautés instrumentales et méthodologiques. Tout d’abord, la Medium Energy Ion Scattering (MEIS) qui permet une analyse de la composition et de la structure sous ultra-vide des premières nm d’un solide avec une résolution en profondeur sub-nanométrique. Dans le cas d’une couche nanométrique épitaxiée sur substrat, la composition et structure de cette interface enterrée sont également accessibles. Ensuite, je présenterai quelques-uns de nos développements récents dans la détection de particules, qui permettent de repousser les limites de détection ou de quantification, d’analyser des matériaux (par exemple les polymères) facilement endommagés par le faisceau de l’accélérateur, ou encore de doubler dans certains cas l’énergie effective de l’accélérateur. Enfin, je présenterai quelques projets instrumentaux en cours de réalisation ou sujets d’une réflexion poussée. Tout d’abord, une expérience inédite sur un accélérateur de particules comme SAFIR : la diffraction de rayons X générés par le faisceau de protons dans une multi-couche nanométrique, dite diffraction de Kossel, qui a le potentiel de permettre sur SAFIR, des analyses analogues à l’utilisation des ondes stationnaires sur synchrotron pour sonder les interfaces de multicouches nanométriques. Ensuite, j’aborderai la possibilité de mettre en œuvre sur SAFIR l’ERDA avec des ions lourds (par exemple Ar), ou encore le suivi en temps réel par RBS des réactions chimiques à l’état solide - la ’Real Time RBS’.

Cet exposé, résolument orienté ’machine et méthodes’, sera complété par un deuxième dans quelques mois sur des projets de recherche dans lesquels SAFIR joue un rôle important.

A la fin de l’exposé, je propose une visite guidée de SAFIR.