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Interaction des Ions lourds rapides avec CaF2 : rainure et buttes dans une trace unique.

par CIMAP - publié le , mis à jour le

Traces créées par des ions Pb de 100 MeV sur une surface de CaF2 irradié à un angle d’incidence de 1.3° et analysé par AFM à haute résolution spatiale. La longueur totale de la trace est de 700 nm et la hauteur de l’excroissance la plus importante est de 14 nm.

La formation de nanostructures de surface à la suite de l’impact d’un ion unique reste un phénomène fascinant. Il se produit autant avec les ions rapides qu’avec des ions lents multi chargés. Lorsque l’ion rentre dans la cible en incidence normale, les défauts sont créés dans le volume du matériau avec un unique défaut surfacique au point d’impact. Lorsque l’ion rentre en incidence rasante (0.3° - 3°), son cheminement dans l’épaisseur juste sous la surface conduit à la création de multiples défauts surfaciques organisés selon diverses structures (chapelet de bosses ou rainures dans les matériaux épais, coupures et pliages dans des matériaux 2-D), fonction du matériau et de la répartition spatiale de la densité électronique dans celui-ci.

Le CaF2 irradié à 1,3° avec des ions Pb de 100 MeV présente une structure très particulière et inédite. La trace, dont la longueur dépend de l’angle d’incidence, comporte trois sous-structures (figure AFM) : d’abord une rainure bordée de nano-buttes régulièrement espacées, puis une bosse haute de 14 nm de haut et enfin une butte unique longue de 100 nm et dont la hauteur décroît à mesure que l’ion s’enfonce dans le matériau. La comparaison des données expérimentales obtenues à différents angles, toujours à incidence rasante, avec les calculs issus du modèle 3-D de la pointe thermique a permis de relier la structure de la trace à des phénomènes de sublimation (rainure et nano-buttes) et de fusion (butte continue) du CaF2.

Ce travail, effectué dans le cadre de l’ANR-FWF blanc international SIISU (TU Vienne, CIMAP), se poursuit par l’étude et la compréhension des effets des ions lents et des ions rapides dans divers matériaux ; notamment ceux utilisés en optoélectronique.

Contact : HENNING Lebius
henning.lebius@ganil.fr
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