Microscopie de photodétachement de Si ̄et OH ̄ : spectroscopie micro-eV par imagerie de fonction d'onde pour un test de validité du modèle de l'électron libre

• Auteur / Autrice : Fabienne Goldfarb
• Direction : Christophe Blondel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Ondes de matière

Interférences

Laser

Ions négatifs

Molécule diatomique

Résumé

Le microscope de photodétachement, construit au laboratoire Aimé Cotton au milieu des années 90, permet de visualiser les images d'interférences obtenues à partir d'électrons détachés d'ions négatifs par excitation laser, en présence d'un champ électrique uniforme. Après détachement, dans une première approximation, l'électron et l'espèce neutre précédemment liés n'interagissent plus : on a une source d'électrons libres. Or, selon les l'équations de la mécanique classique, un électron libre d'énergie cinétique donnée placé dans un champ électrique uniforme a deux trajectoires paraboliques différentes pour arriver en un même point. Quantiquement parlant, l'onde de matière électronique se divise et suit les deux chemins possibles. Du fait de la cohérence de l'onde électronique émise par photodétachement, les deux demi-ondes interfèrent. Les images d'interférences enregistrées sont très sensibles à l'énergie cinétique des électrons qui les composent. On peut ainsi mesurer cette énergie par comparaison entre les images expérimentales et celles prédites par le modèle théorique de l'électron libre. On peut ainsi faire de la spectroscopie de très haute résolution. L'étude quantitative des images a été utilisée pour tester la validité du modèle de l'électron libre pour le détachement de Si ̄et OH,̄ en recherchant d'éventuels effets d'interaction entre l'électron détaché et l'espèce neutre. L'anion Si ̄a permis de valider le modèle pour un atome plus lourd que ceux précédemment utilisés. L'anion moléculaire OH ̄a été choisi notamment pour examiner l'effet d'un potentiel dipolaire sur les interférences. Les résultats obtenus n'ont pas mis en évidence de modification des images, et ont donc validé cette méthode pour la mesure des énergies de détachement d'ions diatomiques. Ces travaux ont permis de proposer de nouvelles mesures des affinités électroniques de Si et de OH, avec une meilleure précision.

The photodetachment microscope was built in the middle of the nineties at Laboratory Aimé Cotton. It enables one to record interference patterns due to electrons detached from negative ions by a laser into a uniform electric field. In a first approximation, the previously linked electron and neutral species don't interact any more after detachment : we have a free electron source. According to the classical equations of movement, a free electron placed in a uniform electric field with a given kinetic energy has two different trajectories for going to a given point. In a quantum point of view, the electronic matter wave is divided into two parts, which follow both possible ways. As the electronic wave emitted by photodetachment is coherent, these two half-waves interfere. The recorded interference patterns are highly sensitive to the electron kinetic energy, which can thus be measured by comparison between the experimental data and the free electron model predictions. These high resolutlon spectroscopy measurements were used for testing the free electron model validity for the Si ̄and OH ̄anions, looking for possible interaction effects between the detached electron and the neutral species. The Si ̄anion enables us to show the validity of the method for an atom heavier than those previously studied. The OH ̄molecular anion was chosen for examining the dipolar potential effect on the interference images. We didn't see any modification of the images, and the obtained results validated this method for the measurements of diatomic anion detachment energies. These researches provided new values for the electron affinities of Si and OH, with an improved accuracy.