Dynamics of triatomic molecular fragmentation : contribution of geometry

Dynamique de la fragmentation de molécules tri-atomiques : contribution de la géométrie

• Auteur / Autrice : Tomoko Muranaka
• Direction : Amine Cassimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand accélérateur national d'ions lourds (Caen)

Accélérateurs d'ions lourds

Effet isotopique

Ionisation

Interactions ion-molécule

Molécules polyatomiques

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Coltrims

Résumé

La dynamique de fragmentation des molécules poly-atomiques est un problème compliqué du fait de l’existence de couplages entre leurs différents degrés de liberté. Dans le but de comprendre le rôle de ces couplages, nous avons étudié la fragmentation de molécules triatomiques induite par impact d’ions rapides multichargés. L’intérêt de ces ions est de conduire à une ionisation multiple de la molécule au cours d’une interaction d’une durée de quelques attosecondes (10-18s). Ce temps est suffisamment bref pour que la relaxation, par fragmentation, de l’ion moléculaire ainsi créé se fasse hors de toute perturbation extérieure. Les premières études réalisées sur le CO2 soumis aux ions Ni24+ de 8 MeV/u ont montré que la fragmentation de l’ion moléculaire CO2q+ pouvait être modélisée par une fragmentation concertée synchrone (q=3) ou une fragmentation concertée asynchrone (q=2), i. E. Par l’intermédiaire d’un mode de vibration asymétrique de la molécule. Nous avons réalisé des expériences avec des molécules non linéaires telles que NO2, D2O, H2O et HDO pour lesquelles les couplages entre degrés de liberté sont différents de ceux rencontrés dans les molécules linéaires comme CO2, et ainsi tester ce modèle de dissociation plus sévèrement. Dans le cas de fragmentation du NO22+ induite par des ions Ne8+ de 4. 7Mev/u, des fortes différences, par rapport à CO22+, ont été observées en raison de la contribution de la géométrie. La fragmentation de HDO2+ a permis de confirmer à haute et basse énergie de collision, un important effet isotopique: la rupture de la liaison O-H est 5. 7 fois plus probable que celle de la liaison O-D.

The dynamics of the fragmentation process, rather simple for diatomic molecules, becomes more interesting in the case of poly-atomic molecules due to the coupling between the additional internal degrees of freedom (bending, stretching…). In order to reveal the role of these contributions, we studied several bent triatomic molecules (NO2, H2O, D2O, HDO). Ion-impact induced fragmentation of molecule is a well adapted way to observe the momentum sharing among atoms in a molecule due to a short interaction time (10-18s). A first study of carbon dioxide CO2 fragmentation induced by collision with 8 MeV/u Ni24+ has shown that the fragmentation dynamics of molecular ion CO2q+ can be categorized as synchronous concerted fragmentation (q=3) or asynchronous concerted fragmentation (q=2), i. E. Fragmentation through an intermediate asymmetric vibration mode. We have conducted experiments with NO2, D2O, H2O and HDO target molecules in order to test this behaviour in the more general case of molecules with a bond angle. In the case of NO22+, induced by 4. 7Mev/u Ne8+, clear differences, compared to CO22+ fragmentation have been observed. In the case of HDO2+ fragmentation, the strong selectivity of bond cleavage has been confirmed and a new branching ratio (H++OD+)/(D++OH+)=5. 7±0. 1 measured.