|   |   |   |   |   |  | webmail : intra-extraAccès VPN |  Accès IST |  Contact
Univ. Paris-Saclay
23 mars 2015
Cartographie d’une collision ion-molécule et identification d’une nouvelle source d’électrons de basse énergie
logo_tutelle logo_tutelle 

Des physiciens du CIMAP, du LPC, de Tokyo Metropolitan University et Argone National Laboratory ont cartographié la probabilité d’interaction, en fonction du paramètre d'impact (échelle sub-nanométrique), entre un ion multichargé et un dimère de gaz rare, paire d'atomes liés par une liaison de Van der Waals. L'étude détaillée de la réaction a permis d’identifier un nouveau processus, responsable de l’émission d’électrons de très faible énergie cinétique et pouvant avoir des implications significatives en radiobiologie.

 

 
Cartographie d’une collision ion-molécule et identification d’une nouvelle source d’électrons de basse énergie

Représentation schématique des niveaux électroniques d'un dimère de néon et principe du processus de "relaxation coulombienne interatomique" (ou ICD) : après ionisation initiale en couche interne sur l'un des atomes du dimère, le remplissage de la lacune conduit à l'éjection d'un électron de l'autre atome, via l'échange d'un photon virtuel.

Les collisions impliquant ions, électrons, atomes et petites molécules sont à la source des processus élémentaires responsables des transferts d’énergie dans l’interaction ion-matière. leur connaissance est donc essentielle pour comprendre ou prédire les phénomènes d’endommagement causés par impact d’ion dans les matériaux et les cellules biologiques. Mais si les interactions entre un ion et un atome (ou une molécule simple) isolé sont aujourd’hui bien comprises, il reste très difficile d’évaluer l’influence d’un environnement chimique plus complexe sur la collision et les voies de relaxation du système.

L’utilisation d’un dimère de gaz rare, qui constitue le système le plus simple pour étudier les effets liés à la proximité d’un autre atome, est une approche particulièrement intéressante. Elle a par exemple permis en 2003, d’identifier un nouveau processus de relaxation dans la photoionisation de dimères de néon : le processus de "relaxation coulombienne interatomique" (ou ICD : "Interatomic Coulombic Decay"). L’existence de ce processus vient d’être démontrée dans des collisions avec des ions de basse énergie. L’un des aspects importants de cette découverte est lié à l’émission d’électrons secondaires de très basse énergie (de l’ordre de 1 eV) accompagnant l'ICD et pouvant causer des dégâts irréversibles à l’échelle moléculaire sur les bases, les sucres ou les phosphates de l’ADN.

 
Cartographie d’une collision ion-molécule et identification d’une nouvelle source d’électrons de basse énergie

Cartographie de la probabilité de capture par l'ion projectile, de 2 électrons issus de l’un des deux atomes, en fonction du paramètre d'impact b dans le repère du dimère (collision Ar9+ sur Ar2).

Les chercheurs ont étudié les processus d’échange de charge et de relaxation impliqués dans des collisions entre des ions projectiles (O3+, Ar9+ et Xe20+ à 15 qkeV) délivrés par une source du GANIL et des dimères de gaz rares (Ne2 et Ar2) produits au sein d’un jet supersonique. En utilisant le microscope réactionnel (COLTRIMS - - Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) du CIMAP, la charge du projectile diffusé ainsi que la charge et l’impulsion des fragments de la cible ont pu être mesurées avec précision pour chaque collision. Ces mesures ont pour la première fois permis d’établir une cartographie des processus d’échange de charge en corrélant le nombre d’électrons capturés sur chaque site du dimère au paramètre d’impact de l’ion projectile. Elles ont été rendues possibles par la très faible mobilité des charges au sein du dimère. Elles ont également fourni la preuve expérimentale d’une production surprenante d’électrons de basse énergie due à la relaxation par ICD de la cible ionisée.

Ce processus a été identifié dans des collisions entre des ions O3+ et des cibles de dimères de néon donnant lieu à la capture d’un électron en couche interne de la cible. Bien qu’une capture en couche interne soit supposée négligeable dans le cas des faibles énergies de collision, la production d’électrons associée domine ici largement celle due à l’effet Auger.

Cette découverte du processus ICD dans les collisions de basse énergie conforte le caractère "quasi-universel" de ce mécanisme de relaxation pour les atomes ou molécules en interaction faible avec un environnement chimique. L'ICD pourrait être responsable de l’émission d’électrons de basse énergie pour des cibles plus complexes, tels que les agrégats d’eau, et avoir des répercussions significatives en radiobiologie, notamment en fin de parcours des ions, au sein de la tumeur.

 

Références :

[1] " Atomic site sensitive processes in low energy ion-dimer collisions"
W. Iskandar, J. Matsumoto, A. Leredde, X. Fléchard, B. Gervais, , Phys. Rev. Lett. 114, 033201 (2015).

[2] " Atomic site sensitive processes in low energy ion-dimer collisions"
W. Iskandar, J. Matsumoto, A. Leredde, X. Fléchard, B. Gervais,, Phys. Rev. Lett., 113, 143201 (2014).

 

Actualité CNRS-INP : "Mise en évidence de la décroissance coulombienne interatomique dans les collisions ions-dimères".

 


Contact CEA-IRAMIS : Jimmy Rangama et Amine Cassimi, CIMAP.

Collaboration :

 

Maj : 15/04/2015 (2473)

 

Retour en haut