Institut des
NanoSciences de Paris
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Oxydes en basses dimensions

Spectromètre de pertes d’énergie d’électrons à haute résolution (HREELS)

Contacts : Jacques Jupille, Rémi Lazzari

La spectroscopie HREELS (High Resolution Energy Electron Loss Spectroscopy) consiste à analyser en énergie et en direction les électrons diffusés par une surface irradiée par un faisceau d’électrons monocinétiques dont l’énergie de quelques électrons-volts est définie à quelques milli-électron volts près. La diffusion est due essentiellement à l’interaction du potentiel coulombien de l’électron avec le champ dipolaire de surface. La mesure des pertes ou des gains d’énergie (modes anti-Stokes) et leur dispersion en vecteur d’onde parallèle à la surface permet de sonder la plupart des excitations de basses énergies :

  • les phonons de surface ;
  • les modes vibrationnels d’atomes ou de molécules isolés ;
  • les plasmons de surface et d’interface ;
  • les excitations électroniques de faible énergie, en particulier dues aux états dans la bande interdite.
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Dispositif expérimental HREELS

Le spectromètre de type LK-2000 (http://www.lktech.com) est constitué de deux analyseurs à 127° en série et d’un monochromateur mobile (Fig. 6). La résolution ultime (largeur du pic spéculaire) est de l’ordre de 5meV. Un manipulateur x-y-z-θ−φ à grande course permet de positionner et de refroidir l’échantillon (T 100K). Les mesures de spectres HREELS sur des isolants sont possibles grâce à un canon additionnel à électrons défocalisé qui permet de compenser les charges de surfaces.

La chambre du spectromètre est connectée via des canes de transfert à une chambre de préparation (recuit, bombardement, spectroscopie Auger, optique de surface) et un sas d’introduction rapide.

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Schéma de principe de la spectrométrie HREELS

Cet appareil a permis de caractériser les signatures spectroscopiques des hydroxyles à la surface de cristaux massifs (MgO, AL2O3) et également des plasmons dans des nanoparticules d’argent.

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a) Résonances plasmons (modes parallèle et perpendiculaire à la surface) dans des nanoparticules d’Ag/MgO(001) sondées par HREELS. b) Dispersion de ces résonances en fonction du vecteur d’onde parallèle à la surface.