Negative ion formation by resonant charge transfer during the interaction of atoms with surfaces. Theoretical and experimental studies

• Auteur / Autrice : Jorge Alexandre Monteiro de Carvalho e Silva
• Direction : Jean-Pierre Gauyacq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Halogenes

Defauts crystallographiques

Pulvérisation

Résumé

Cette thèse présente des études sur la formation d'ions négatifs lors de l'interaction d'atomes avec des surfaces. Le sujet du transfert de charge résonant est présenté dans le chapitre 1. Le chapitre 2 présente la méthode des modes angulaires couplés qui permet de calculer l'énergie et la largeur de niveaux électroniques d'atomes interagissant avec une surface métallique. Le chapitre 3 est consacré à l'étude des effets multiélectroniques dans la formation d'ions négatifs d'halogènes diffusés dans des collisions rasantes avec une surface d'aluminium. Les résultats obtenus comparent bien avec les résultats expérimentaux. La formation d'ions négatifs de carbone par pulvérisation d'une surface de graphite est étudiée dans le chapitre 4, a partir de la distribution en énergie des ions obtenue expérimentalement et d'une simulation par ordinateur. Une modélisation des processus de formation et survie des ions est essayée et ses résultats décrits. L'influence de la présence de deux types de défauts cristallographiques sur une surface d'aluminium sur le transfert de charge entre un atome et la surface est étudié théoriquement dans le chapitre 5. Une lacune sur la surface ne semble pas avoir une influence décisive sur le transfert de charge. Au contraire, un adatome en surface introduit une modification locale du transfert de charge due au caractère attractif du potentiel induit par l'adatome et à l'existence d'états quasi-stationnaires centrés sur l'adatome. Les effets non-adiabatiques sur le transfert de charge entre un ion négatif d'hydrogène et la surface d'aluminium en présence d'un adatome sont étudiés. Le chapitre 6 décrit le développement d'une technique d'analyse de surfaces par spectrométrie de masse des ions secondaires par temps de vol sur l'appareil multitechnique d'analyse de surfaces. Les solutions adoptées pour pulser le faisceau primaire et mesurer le temps de vol des ions secondaires, sont décrites, ainsi que l'état d'avancée de ce projet.

This thesis is devoted to investigations on the formation of negative ions during the interaction of atoms with surfaces. The subject of resonant charge transfer between an atom and a metallic surface is presented in chapter 1. Chapter 2 presents the coupled angular modes method which is used to calculate the energy and width of electronic levels of atoms interacting with a metallic surface. Chapter 3 presents a study of multielectronic effects in the formation of halogen negative ions scattered in grazing angle collisions by an aluminium surface. The results obtained compare well with experimental results when the multielectronic character of charge transfer is considered. The formation of carbon negative ions by sputtering of a graphite surface is studied in chapter 4, from the energy distribution of the ions, obtained experimentally, and from a computer simulation on the emission of sputtered atoms. A modeling of the formation and survival of the ions is attempted and the results discussed. The influence of the presence of two kinds of crystallographic defects on an aluminium surface on the charge transfer between an atom and the surface is studied theoretically in chapter 5. A vacancy on the surface doesn't seem to influence decisively the charge transfer. On the contrary, an adatom on the surface introduces a local modification of the charge transfer due to the attractif character of the potential induced by the adatom and to the existence of quasi-stationary states centred on the adatom. The non-adiabatic effects on the charge transfer between an hydrogen negative ion and the aluminium surface in the presence of an adatom are studied. Chapter 6 describes the developement of a surface analysis technique by time of flight secondary ion mass spectrometry in the multitechnique surface analysis system. The solutions adopted to pulse the primary ion beam and measure the flight time of secondary ions are described, as well as the state of advancement of this project.