Faisceau d’agrégats chargés sélectionnés en taille : réalisation et premières expériences

Beams of mass-selected clusters : realization and first experiments

• Auteur / Autrice : Omar Kamalou
• Direction : Bernd Huber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Croissance

Nucléation

Processus de diffusion

Spectrométrie de masse à temps de vol

Agrégats métalliques

Résumé

Ce manuscrit présente une étude concernent la production d’un faisceau d’agrégats sélectionné en taille. Les agrégats sont produits par une source à décharge magnétron, combiné avec une chambre d’agrégation refroidie à la température de l’azote liquide. A la sortie de la source, un système du temps de vol de type Wiley-McLaren est installé, permettant de former un faisceau d’agrégats chargés, sélectionnés en taille. Le faisceau d’agrégats neutres et le faisceau d’agrégats pulsé sont séparés à l’aide d’un déviateur électrostatique. La densité des agrégats après le déviateur est de l’ordre de 103 particules/cm3. Les premières expériences préliminaires de dépôt d’agrégats de cuivre sélectionné en taille sur une surface de HOPG avec une énergie de dépôt de l’ordre de 0. 5 eV/atome, montrent que les agrégats sont mobiles sur la surface et sont piégés sur des marches et des défauts. La mobilité des agrégats peut être réduite, en irradiant la surface de HOPG avec des ions multichargés pour créer des défauts artificiels. On dépose ensuite les agrégats sélectionnés en taille sur cette surface préparée. Les analyses des dépôts, qui sont réalisés avec un microscope à force atomique, montrent que les agrégats sont piégés sur les défauts créés par les ions multi-chargés.

The main objective of this work concerns the production of beams of mass-selected clusters of metallic and semiconductor materials. Clusters are produced in a magnetron sputtering source combined with a gas aggregation chamber, cooled by liquid nitrogen circulation. Downstream of the cluster source, a Wiley-McLaren time-of-flight setup allows to select a given cluster size or a narrow size range. The pulsed mass-selected cluster ion beam is separated from the continuous neutral one by an electrostatic 90°-quadrupole deflector. After the deflector, the density of the pulsed beam amounts to about 103 particles/cm3. Preliminary deposition experiments of mass-selected copper clusters with a deposition energy of about 0. 5 eV/atom have been performed on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) substrates, indicating that copper clusters are evidently mobile on the HOPG-surface until they reach cleavage steps, dislocation lines or other surface defects. In order to lower the cluster mobility on the HOPG-surface, we have first irradiated HOPG samples with slow highly charged ions (high dose) in order to create superficial defects. In a second step we have deposited mass-selected copper clusters on these pre-irradiated samples. The first analysis by AFM techniques showed that the copper clusters are trapped, on the defects produced by the highly charged ions.