Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (UMR 6252)

Sous l’action d’un champ électrique statique intense (quelques dizaines de Volts par nm), la surface d’un matériau peut perdre spontanément sa cohésion par l’expulsion de ses constituants sous forme d’ions. Cette évaporation par effet de champ constitue le principe du fonctionnement de la sonde atomique tomographique. Par la mesure du temps de vol des ions éjectés, cette technique permet une analyse chimique quantitative avec une résolution spatiale proche de la résolution atomique dans les trois dimensions de l’espace. Cette technique est utilisée avec succès dans les métaux, mais son utilisation pour des semiconducteurs et isolants est plus délicate.

Pour ces matériaux, on observe une émission corrélée d’atomes sous forme de cations diatomiques comme ZnO2+, SiO2+, AlN2+, etc… Pour expliquer la stabilité relative de ces fragments sous champ électrique intense, l’équipe SIMUL, associée à une équipe du GPM de Rouen, a entrepris de modéliser la dynamique de ces ions. Dans un premier temps, les surfaces d’énergie potentielle sont modélisées à partir de calculs de chimie quantique de type multi-référence. L’effet du champ électrique est déduit des dipôles de transition et de la polarisabilité associés à chaque configuration moléculaire. La surface d’énergie potentielle de ZnO2+est représentée sur la figure jointe. Il y apparaît clairement que le champ électrique abaisse la barrière de potentiel de l’ion permettant la dissociation pour un angle de 0° (Zn+ - O+) ou de 180° (Zn2+ - O). Ces deux barrières, à 0° et 180°, évoluent différemment avec l’intensité du champ. Ceci peut donner lieu à une dynamique complexe, dépendant de la nature de l’ion. Ce travail se poursuit par une étude comparative ayant pour objectif de comprendre le rôle des états excités et les différences de comportement entre les dimères.

Contact : Benoît Gervais
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