Processus induits par électrons de basse énergie (0-20 eV) dans les systèmes condensés

Low energy (1-20eV) electroninduced processes in condensed systems

• Auteur / Autrice : Mathieu Bertin
• Direction : Roger Azria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Réactivité induite

Chimie du milieu interstellaire

Résumé

Ce mémoire de thèse porte sur l’étude de la réactivité induite par les électrons de basse énergie (0-20 eV) dans les systèmes condensés. Ces électrons induisent dans ces systèmes la formation de fragments réactifs pouvant ensuite initier des réactions soit avec le substrat : c’est la fonctionnalisation de la surface, soit au sein même du film, ce qui conduit à la synthèse de nouvelles molécules. La première partie traite de la caractérisation et de la fonctionnalisation par des groupements organiques de la surface de diamant hydrogéné polycristallin. Il est en particulier montré que les électrons peuvent induire la chimisorption de groupements (CH2CN) après l’irradiation de deux monocouches d’acétonitrile CH3CN condensées sur le diamant, suivant une réaction, résonante à 2 eV pour laquelle un mécanisme est proposé. Cette étude ouvre ainsi la voie à l’utilisation des électrons de basse énergie comme vecteur de la fonctionnalisation contrôlée des surfaces. La deuxième partie concerne l’étude de la synthèse induite dans les glaces à basse température. Il est montré la formation de CO2 à partir de différents acides carboxyliques, ainsi que la synthèse de molécules plus complexes, comme l’acide aminé glycine à partir du film mixte CH3COOH:NH3 ou l’acide carbamique à partir du mélange CO2:NH3. Dans ces deux cas, un mécanisme de réaction est proposé. Cette étude montre que les électrons de basse énergie, présents en grand nombre en tant qu’électrons secondaires dans tout système condensé sous rayonnement ionisant (glaces interstellaires ou stratosphériques), peuvent jouer un rôle dans la chimie de ces milieux, en particulier dans la chimie prébiotique du milieu interstellaire

This PhD memoir reports on the study of the reactive interactions between low energy (0-20 eV) electrons and condensed systems. These electrons induce in these media the formation of reactive fragments that can initiate reactions with the substrate, which results in the functionalization of the surface, or inside the film itself, which leads to the synthesis of new molecules. The first part deals with the characterization and the functionalization by organic groups of the surface of hydrogenated polycrystalline diamond. In particular it is shown that low energy electrons can induce the chemisorption of (CH2CN) groups after irradiation of two monolayers of acetonitrile CH3CN condensed on the diamond, following a reaction, resonant at 2 eV, for which a mechanism has been proposed. This study shows that low energy electrons can be used to induce the controlled functionalization of surfaces. The second part concerns the study of electron induced synthesis in molecular ices at low temperature. It is shown in particular the electron induced formation of carbon dioxide from several carboxylic acids, as well as more complex molecule synthesis, like the amino acid glycine from a mixed film CH3COOH:NH3 and the carbamic acid from the mixture CO2:NH3. In the latter cases, a reaction mechanism has been proposed. This study shows that low energy electrons, which are present in a large amount in any condensed system submitted to ionizing radiations (interstellar and stratospheric ices) as secondary electrons, can play a role in the chemistry of these media, and in particular in prebiotic chemistry of the interstellar medium