Le projet s’inscrit dans le cadre du laboratoire commun CICLOP, entre l’industriel Orsay Physics, spécialiste en faisceau d’ion focalisé et le CIMAP. L’objectif est de réaliser une source d’ions spécifiquement adaptée au S.I.M.S. (Secondary Ion Mass Spectrometry), qui est une technique d’analyse de matériaux consistant à pulvériser l’échantillon par irradiation avec un faisceau d’ions, puis à analyser sa composition par séparation des fragments chargés conséquemment émis. Le signal récolté renseigne sur la composition atomique et isotopique du matériau pulvérisé, permettant ainsi l’imagerie par faisceau d’ions.

Dans ce contexte, nous développons une source d’ions à sel fondu. A l’instar de sources déjà répandues que sont les L.M.I.S. (Liquid Metal Ion Source), les ions sont émis depuis un cône de Taylor (Figure 1). Ceci permet d’obtenir des faisceaux d’ions très brillants, maximisant le rapport entre le courant de fa?isceau et la taille de sonde (taille du ‘’point’’ focal à la surface de l’échantillon), qui est le critère principal pour les besoins d’imagerie par faisceau d’ions. Contrairement aux alliages métalliques liquides, l’usage de sels fondus permettra d’étendre la gamme des ions disponibles pour ce type de source à une large variété d’éléments du tableau périodique. Pour les besoins du S.I.M.S., on souhaite en particulier employer des sels riches en ions Césium et Oxygène. Ces derniers permettent d’avoir un rendement de pulvérisation bien plus élevé qu’une source à base de métal liquide.

Problématique et axe de recherche

Pour avoir un faisceau intense et stable, il faut émettre depuis un cône de Taylor stable, et pour cela le flux de matière émis depuis la pointe doit être alimenté exactement. Un déséquilibre peut entraîner soit l’assèchement de la pointe si le flux ne compense pas le flux émis, soit au contraire la noyer si le flux apporte trop de matière. Notre recherche porte donc sur la formation et stabilisation d’un cône de Taylor à base de sel fondu. Expérimentalement, les problèmes que l’on rencontre sont liés à la corrosivité des sels fondus et leur comportement sous vide (évaporation, hydroscopie, mouillage des surfaces). D’un point de vu théorique, on veut modéliser l’émission d’un jet issu d’un cône de Taylor et étudier sa stabilité et finesse en fonction des paramètres du sel fondu et du potentiel électrique appliqué.

Figure 1 : Principe de fonctionnement d’une L.M.I.S. et mouillage extérieur de la pointe