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Equipe
- Membres permanents : Martino Trassinelli, Christophe Prigent, Emily Lamour, Sébastien Steydli, Stéphane Macé, Dominique Vernhet
- Doctorante : Perla Dergham (2020-2023)
Ce projet se trouve à la frontière entre la physique atomique et la science des matériaux. Il devrait permettre d’aboutir à des applications pour les aimants bidimensionnels émergents. D’une part, nous voulons étudier l’interaction fondamentale entre les ions multichargés chargés et les surfaces magnétiquement ordonnées. Et d’autre part, nous appliquerons les connaissances acquises sur l’interaction ion-surface à l’étude des propriétés magnétiques des toutes premières couches atomiques de matériaux épais, de couches minces et de matériaux 2D magnétiques.
Figure 1 : Schéma d’une collision entre un ion multichargé avec un angle rasant. En fonction de la trajectoire, différentes distances d’approche inter-particules sont sondées, qui peuvent être distinguées par l’état de charge de sortie de l’ion. Les rayons X mesurés en coïncidence permettent alors de sonder l’occupation électronique de l’atome « creux » ainsi formé.
À des énergies sub-MeV, les collisions ion-surface sont caractérisées par une capture multiple d’électrons de la surface de l’échantillon vers les ions projectile. Dès que la barrière coulombienne entre l’ion et le potentiel électrique de surface est inférieure à la fonction de travail de sortie, qui correspond généralement à quelques Å au-dessus de la surface, les électrons sont transférés, de manière résonante, de la surface aux états très excités de l’ion en moins d’une femtoseconde. Juste au-dessus de la surface de l’échantillon, l’ion projectile devient un atome presque (ou complètement) neutralisé avec plusieurs électrons excités et, dans le même temps, des lacunes en couches internes. Ce type d’atome est communément appelé un atome creux. L’atome se désexcite ensuite par effet Auger interne (dans l’atome même), effet Auger interatomique (via un autre atome) et par désexcitation radiative. Pour les niveaux excités très élevé, les processus Auger non-radiatifs et notamment le processus Auger interatomique (également connue sous le nom de désecxitation coulombienne interatomique) sont dominants par rapport aux processus radiatives. Cependant, il a été montré que les lacunes en couches internes des ions survivent pendant un temps relativement long et peuvent donner lieu à l’émission de photons de haute énergie via une désexcitation radiative.
En raison de la capture d’électrons au-dessus de la surface, les processus impliqués sont très sensibles aux premières couches atomiques de l’échantillon. En général, les électrons peuplent statistiquement les états excités par les ions, indépendamment de leur nombre total de spin S. S est conservé pendant la cascade de désexcitation radiative et maintenu au maximum dans les transitions Auger internes. Dans le cas de surfaces présentant une phase ferromagnétique, l’alignement de spin électronique favorise la population d’états ioniques excités de grande valeur S. La présence d’ordre antiferromagnétique favorisera au contraire les états de spin singulet avec S = 0. Mesurer le rayonnement caractéristique émis par la désexcitation d’états atomiques avec des S différents peut permettre alors d’obtenir des informations sur l’ordre magnétique de l’échantillon considéré.
Les expériences se déroulent sur l’installation SIMPA à l’INSP et à l’institut TU Wien en Autriche. Pour la partie à l’INSP, deux chambres ultra-vide ont été conçues, construites et équipées (voir plus de détails ici). En particulier, la chambre d’interaction est dotée d’un goniomètre à 6 axes pour contrôler finement la géométrie de la collision ion-surface.
Collaborations
- INSP, équipe Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces (M. Marangolo)
- Groupe de physique atomique et plasma de TU Wien.
Depuis de février 2021, cette ligne de recherche est développée dans le cadre du projet ANR international DIMAS (2021-2024).
