Développement de sources haute-résolution de particules chargées grâce au contrôle de leur trajectoire par corrélation temps-position

Development of high-resolution charged particle sources thanks to time-position feedback control

• Auteur / Autrice : Colin Lopez
• Direction : Daniel Comparat, Yan Picard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Aimé Cotton (Orsay, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Angela Vella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Urbain, Hocine Khemliche
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Angela Vella, Xavier Urbain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrons -- Corrélation

Coincidence, Théorie de la (mathématiques)

Sources d'ions

Mots clés libres

Détection temps-Position

Source d'électrons

Source d'ions

Coïncidence

Corrélation

Time-Position detection

Electron source

Ion source

Coincidence

Correlation

Résumé

L’objet de cette thèse consiste en un développement de sources de particules chargées (ions ou électrons) dont la résolution en énergie, position et temps approchent les limites permises par les lois physiques. Le principe est d’utiliser la détection sensible en temps et position pour l’une des deux particules chargées corrélées, produites par photoionisation d’un nuage d’atomes froids, pour corriger en temps réel la trajectoire 3D de la particule partenaire afin d’en maîtriser le plus finement possible les caractéristiques spatio-temporelles. Le projet a pour but de créer, à partir de l’ionisation d’atomes de césium refroidis par laser, un nouveau type de source d’ions et d’électrons permettant une meilleure focalisation des faisceaux. Ce travail permet d’envisager de nouvelles expériences basées sur le contrôle de particules chargées uniques et ainsi de s’affranchir des effets de répulsion coulombienne dégradant les sources actuelles.Le but ultime étant d’arriver à déposer sur une surface un ion ou un électron avec des caractéristiques de vitesse, de position et de temps d’une précision jamais atteinte jusque-là. Des applications évidentes en implantation d’ions sont envisagées (lithographie). Les potentialités de ce dispositif en termes de correction de trajectoire ouvrent la voie d’un contrôle total du temps, de la position et de la vitesse d’arrivée des ions sur la cible. Une augmentation du flux est déjà envisagée, en vue d’application d’imagerie, en améliorant la vitesse de traitement en temps réel des informations temps/position des électrons.Le projet présenté ici s’inscrit désormais dans un projet plus vaste : une source d’ions basée sur ce principe est en cours d’étude avec la société Orsay Physics spécialisée dans la conception et la fabrication de colonnes à faisceaux d’ions focalisés (FIB).

The topic of this thesis is the development of charged particle sources (ions or electrons) whose energy resolution, position and time approach the limits permitted by physic laws. The idea is to use the sensitive detection in time and position for one of the two correlated charged particles produced by the photoionization of an cold atoms cloud, to correct in real time the 3D trajectory of the particle partner to know as thinly as possible its spatiotemporal characteristics. The project aims to create, from the ionization of cesium atoms cooled by laser, a new type of ion or electron source allowing a better beam. We can now consider new experiences based on the unique control of charged particles and thus overpass the Coulomb repulsion effects that degrades the common sources.The ultimate goal is to be able to depose an ion or an electron on a surface with the speed, position and time characteristics never reached. Some applications in ions implantation are expected (lithography). In terms of trajectory correction it could allow a full control of time, position and velocity of ions reaching the target. A further increase of the flow is already considered for purposes of imaging (real-time processing of time-position data). The project presented here is now part of a larger project: an ion source based on this concept is under study with the Orsay Physics Company specialized in the design and manufacture of columns Focused ion beam (FIB).