Etude aux échelles atomique et nanométrique de la structure électronique du graphite exposé à l'hydrogène (atomes, ions, plasma) modèle des premières étapes de l'érosion chimique dans les tokamaks

Study at atomic and nanoscopic scales of the electronic structure of graphite exposed to hydrogen (atoms, ions, plasma), model of the first steps of chemical erosion in tokamaks

• Auteur / Autrice : Cédric Thomas
• Direction : Jean-Marc Layet, Thierry Angot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions plasma-paroi

Microscopie tunnel à balayage

Propriétés électroniques

Graphite

Spectroscopie de perte d'énergie électronique

Résumé

Dans ce mémoire, nous présentons une étude des propriétés physiques (structures vibrationnelles et électroniques, morphologie de surface) de surfaces de graphite soumises à des flux d’hydrogène (ou deutérium) sous forme atomique, ionique ou plasma. Nous avons utilisé les techniques d’analyse de surfaces suivantes : la microscopie par effet tunnel (STM), la spectroscopie de pertes d’énergie d’électrons à haute résolution (HREELS) ainsi que la diffraction d’électrons lents (LEED). Lorsque nous soumettons une surface de graphite à un flux d’hydrogène atomique, les données STM et HREELS montrent la perturbation de la densité locale d’états (LDOS) liée à une perturbation de la surface. Avec l’aide de calculs réalisés au sein du laboratoire dans le cadre de la DFT, un modèle d’adsorption de l’hydrogè ne atomique sur une surface de graphite a été développé. Lorsque la surface est préalablement bombardée, l’interaction entre hydrogène et graphite semble plus forte. Les expériences plasma révèlent des similitudes quant aux mécanismes d’interaction par rapport aux expériences de faisceau et mettent en évidence une synergie ions-neutres.

In this report, we present a study of the physical properties (vibrational and electronic structures, surface morphology) of graphite surfaces subjected to hydrogen (or deuterium) flux considering atoms, ions or plasmas. We have used the following surface analysis techniques : scanning tunnelling microscopy (STM), high-resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS) and low-energy electron diffraction (LEED). When graphite surfaces are exposed to atomic hydrogen, STM and HREELS data show a perturbation of the local density of states (LDOS) directly related to a surface perturbation. Thanks to DFT calculations performed in the laboratory, a model of hydrogen adsorption on a graphite surface has been developped. When graphite surfaces are previously bombarded, hydrogen-graphite ineraction seems stronger. Plasma experiments reveal a similitude concerning interaction mechanisms in comparison with atomic and ion bombardment experiments. A synergetic effect is also pointed out.