Étude des collisions à basse énergie entre ions multichargés et dimères de gaz rare

Study of Collisions between Low Energy Multi-Charged Ions and Van-der-Waals Dimers

• Auteur / Autrice : Waêl Iskandar
• Direction : Xavier Fléchard, Amine Cassimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentales
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Durand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Fléchard, Amine Cassimi, Dominique Durand, Serge Martin, Bernard Pons, Nicolas Sisourat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Serge Martin, Bernard Pons

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie moléculaire

Relaxation moléculaire

Électrons -- Capture

Résumé

Ce projet doctoral consiste en l’étude de la dynamique de l’interaction entre des ions multichargés et des dimères de gaz rare dans des collisions à basse énergie. Après capture d’un ou plusieurs électrons de la cible par le projectile, plusieurs états moléculaires ioniques peuvent être produits. Ces états vont ensuite relaxer en fragments chargés via plusieurs processus de dissociation. Expérimentalement, cette étude est réalisée en utilisant la technique COLTRIMS, particulièrement efficace puisqu’elle permet la détection en multi-coïncidence des fragments moléculaires et du projectile. Théoriquement, la dynamique de la collision est interprétée à l’aide d’un calcul classique basé sur le modèle de la barrière coulombienne mais adapté au traitement de cibles moléculaires tels que les dimères de gaz rares. Ce modèle s’est montré en bon accord avec les résultats expérimentaux, que ce soit en termes de production relative des différents processus de dissociation, ou en termes de dépendance angulaire entre l’orientation de la molécule et la direction du projectile diffusé. L’ensemble de ce travail a finalement permis d’établir une cartographie des processus dans le repère de la molécule cible et de mettre en évidence un nouveau processus de relaxation de l’ion moléculaire. Ce processus de relaxation est émetteur d’électrons de très basse énergie et pourrait avoir un rôle non négligeable dans l’estimation des dommages causés par impact d’ion.

Within this thesis, the dynamics of collisions between low energy multi-charged ions and Van-der-Waals dimers is investigated theoretically and experimentally. During the interaction ion/dimer, electrons from the target can be captured by the projectile and produce ionic states of the dimer. These states will then relax into charged fragments via multiple dissociation processes. Experimentally, this study is performed by means of Cold-Target Recoil-Ion Momentum Spectroscopy, a powerful technique which allows the multi-coincidence detection of target ionic fragments and the projectile. Theoretically, the collision dynamics is investigated using a classical calculation based on the Coulombic Over-Barrier Model and adapted to treat diatomic molecules such as dimers. This model has shown good agreement with the experimental results, both in terms of relative production of the different dissociation processes, and in terms of angular dependence of the molecular orientation in respect with the scattered projectile direction. All of this work has finally enabled to provide, for the different processes, the two-dimensional probability maps p(b) in the molecular frame and to highlight a new relaxation mechanism of the molecular ion named Interatomic Coulombic Decay. This relaxation process is electron emitter of very low energy and could have a significant role in the assessment of damage caused by ion impact.