Reflets de la Physique n°62 jun à sep 2019
Reflets de la Physique n°62 jun à sep 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°62 de jun à sep 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 60

  • Taille du fichier PDF : 5,2 Mo

  • Dans ce numéro : dossier, le nouveau système international d'unités.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Réactions chimiques dans la sonde atomique tomographique L’évaporation moléculaire est un phénomène très fréquent pour les matériaux diélectriques. Dans les analyses de SAT, la dissociation des espèces moléculaires peut être étudiée à l’aide des diagrammes de corrélation, où l’on reporte dans un histogramme 2D les fréquences des évènements de détection multiples issus de la même impulsion en fonction de leur rapport masse/charge. Un exemple de tel histogramme est reporté dans la figure E2. On y reconnait quatre classes d’évènements  : 1) les évaporations corrélées durant une impulsion (par exemple, la trace 1 sur la figure E2 représente l’évaporation corrélée d’un ion 69 Ga + et d’une molécule ionisée N 2 +) ; 2) les évaporations corrélées où l’un des ions s’évapore sur l’impulsion, et l’autre durant le transitoire de relaxation thermique ; 3) les évaporations corrélées simultanées durant la relaxation thermique ; 4) les réactions de dissociation. Un évènement de dissociation peut produire deux ou plusieurs fragments (molécules filles), susceptibles d’être détectés. L’ensemble de ces évènements produit une trace dans l’histogramme de corrélation. Dans l’exemple le plus simple d’une dissociation AB 2+ → A + + B +  : si la dissociation a lieu très près de la pointe, les fragments détectés A + et B + ont un rapport masse/charge proche de m A et m B, respectivement, tandis que si la dissociation a lieu loin de la pointe, les fragments détectés A + et B + ont tous les deux un rapport masse/charge proche de celui m AB/2 de la molécule mère, au sein de laquelle ils ont été accélérés pendant une grande partie du vol. Pour les cas intermédiaires, les deux évènements ont un rapport masse/charge qui se trouve sur la courbe qui connecte le point (m A, m B) au point (m AB/2, m AB/2). Pour la trace 4, A = 69 Ga + et B = N +. Il est également possible de détecter les produits de réactions de dissociation plus complexes, impliquant la production de plus de deux fragments ou bien des fragments chargés et neutres. La SAT devient ainsi un « microscope de réaction », permettant d’estimer le temps de vie d’un ion moléculaire dans un champ, les canaux de dissociation, et l’énergie cinétique relâchée durant la réaction. 10 Reflets de la Physique n°62 4 Rapport Masse/Charge Ion 2 (Da) 80 70 60 50 10 30 20 1 10 10 20 30 40 50 60 70 80 Rapport Masse/Charge Ion 1 (Da) 2 Évènements 60 50 40 30 20 10 0 Encadré 2 E2. Diagramme de corrélation 2D représentant le nombre de fragments évaporés d’une pointe de GaN contenant trois isotopes (14 N, 69 Ga et 71 Ga), issus d’une même impulsion, en fonction de leur rapport masse-sur-charge (exprimé en daltons). Remarquer que l’histogramme est symétrique par rapport à la diagonale. 3, dans certains matériaux (encadré 2). Ces résultats montrent notamment que les ions sont évaporés dans des états de plus haute énergie que l’état fondamental de la molécule ionisée. Si le champ électrique intense améliore les propriétés d’absorption de surface des nanopointes, leur géométrie structure leur absorption en créant des points fortement absorbants et des points transparents tout au long de l’échantillon (fig. 5b). Ce façonnage de l’absorption a pu être mis en évidence en couplant les analyses de sonde atomique et de spectroscopie d’absorption de la lumière (spectroscopie modulée spatialement, SMS) sur le même échantillon. Le confinement de l’absorption sur des zones très localisées peut produire de forts échauffements au cœur de l’échantillon qui, dans le cas de la sonde atomique, sont néfastes (rupture de l’échantillon), mais qui peuvent être intéressants dans le cadre du façonnage en profondeur des matériaux semi-conducteurs par un faisceau laser. Conclusion Les derniers développement des études autour de la sonde atomique tomographique ont non seulement contribué à améliorer ses performances en microscopie et analyse chimique des systèmes à la nano-échelle, mais ont ouvert plusieurs lignes de recherche sur l’émission par effet de champ et l’interaction lumière-matière dans un champ électrique intense. Ce sont ces problématiques multiphysiques qui feront l’objet d’une attention particulière au cours des prochaines années. En savoir plus A. Menand, et D. Blavette, « Un voyage au cœur des matériaux à l’échelle atomique », Reflets de la physique, 4 (2007) 5-9. D. Blavette, F. Vurpillot et B. Deconihout, « Sonde Atomique Tomographique SAT », Techniques de l’Ingénieur, P900-v2 (2013). F. Vurpillot, W. Lefebvre etX. Sauvage, Atom Probe Tomography : Put Theory Into Practice, Academic Press (2016). Vidéo  : « Un instrument et des hommes, l’aventure de la sonde atomique à Rouen » http://videotheque.cnrs.fr/index. php ? urlaction=doc&id_doc=4381
LNE 7 1 www.youtube.com/watch ? v=gimwAP QbHOw&index=4& list=PL-vj-3_a7w TDeKEupZSX7Tw 42yReNgJLl Référence Dossier Le nouveau Système international d’unités Le nouveau Système international d’unités Le kilogramme, l’ampère, la mole et le kelvin redéfinis La 26 e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) s’est réunie à Versailles du 13 au 16 novembre 2018. Elle a rassemblé les représentants de la plupart des 59 États membres du Bureau international des poids et mesures (BIPM) et des 43 États associés. Lors de sa séance publique solennelle du 16 novembre, la conférence a entériné la proposition faite par le Comité international des poids et mesures (CIPM) de redéfinir quatre des unités de base du système international (SI)  : le kilogramme, l’ampère, la mole et le kelvin [1]. Les nouvelles définitions de ces unités attribuent maintenant des valeurs numériques fixées à quatre constantes de la physique  : la constante de Planck, la charge élémentaire, la constante d’Avogadroet la constante de Boltzmann. Le nouveau SI est entré en application le 20 mai 2019. Il n’est pas besoin de rappeler l’intérêt de s’accorder sur la définition des unités afin d’avoir des références communes pour les mesures de temps, de masse, de longueur, de température, d’énergie, de tension électrique... La France depuis la Révolution a joué un tel rôle dans la mise en place d’un système international d’unités, le SI, que son acronyme est resté dans l’ordre de la langue française. Préfiguré par la redéfinition du mètre à partir de la seconde il y a trente-cinq ans, le renversement de point de vue qui est à la base de la redéfinition des quatre unités est radical. Les quatre constantes qu’il était un défi de mesurer le plus précisément possible ne le seront plus, et les expériences mises en œuvre pour leur détermination deviennent les outils de la réalisation des unités (a). Ce dossier s’ouvre par une présentation générale, dans laquelle Lucile Julien rappelle l’histoire de la mise en place du SI et la logique ayant porté la redéfinition de quatre de ses unités. En complément, François Nez présente le fonctionnement du Comité (international) de données pour la science et la technologie (CODATA). Suivent quatre articles décrivant des expériences françaises ayant contribué à la redéfinition des unités. Matthieu Thomas et al. illustrent le renversement de point de vue entre la mesure de la constante de Planck et la réalisation du kilogramme par une mesure de masse. Pierre Cladé et Saïda Guellati montrent comment l’effet de recul atomique permet une mesure ultra-précise de masse microscopique, puis comment sont articulées les mesures des masses microscopique et macroscopique sur des sphères de silicium. Sophie Djordjevic et al. expliquent comment la précision apportée par l’effet Josephson et l’effet Hall quantique a permis de réaliser de façon indépendante des étalons électriques qui sont maintenant intégrés dans le nouveau SI. Enfin, Laurent Pitre et MohamedSadli décrivent la mesure la plus précise de la constante de Boltzmann, effectuée par une méthode acoustique qui s’impose maintenant pour la mise en pratique de la nouvelle définition du kelvin. (a) Pour les unités, le sens donné au mot « réalisation » diffère de l’usage courant. Par exemple, la réalisation du kilogramme est la façon concrète dont on traduit sa définition par un dispositif expérimental permettant d’effectuer une mesure de masse. Reflets de la Physique n°62 11



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