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