Publié le 2 juillet 2019
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L’équipe Matière froide corrélée, menée par Yan Picard et Daniel Comparat du Laboratoire Aimé Cotton de l’Université Paris-Saclay, a mis au point une nouvelle méthode pour corriger en temps réel la trajectoire d’ions.

Les faisceaux d’ions sont aujourd’hui largement utilisés en imagerie ou pour la fabrication de composants électroniques à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres. Mais la course vers la miniaturisation de ces composants nécessite une résolution de plus en plus grande des techniques. Depuis ces dernières années, les recherches se tournent par exemple vers le contrôle du nombre exact de particules envoyées par une source d’ions sur une cible et l’instant d’émission de chaque particule.

Yan Picard et ses collègues de l’équipe Matière froide corrélée du Laboratoire Aimé Cotton (CNRS/ENS Paris-Saclay/Université Paris-Sud) ont étendu ce principe bien au-delà de la source d'ions : le dispositif qu’ils ont mis au point permet de prédire la trajectoire de chaque particule d'un faisceau d’ions et de contrôler sa trajectoire jusqu'à un endroit choisi sur la cible.

Pour cela, le groupe de chercheurs a généré ces ions par photoionisation d’un jet atomique. Après ionisation, électron et ion se séparent grâce à un champ électrique. L’électron se déplaçant environ 300 fois plus vite que l’ion, sa détection est première. En se basant sur sa position, le système en déduit celle de l’ion corrélé et prédit sa trajectoire future. Par rétroaction, il ajuste en temps réel le champ électrique dans lequel l’ion se déplace, change sa trajectoire et le dirige vers un endroit préalablement choisi. Seuls les ions dont l’électron correspondant a été détecté et validé sont envoyés vers la cible, tous les autres ions émis par la source sont systématiquement déviés hors de la cible.

En se basant sur ce concept, l’équipe a réussi à focaliser très précisément un faisceau d’ions césium sur un axe ou sur un point au-delà des performances standards des lentilles électrostatiques utilisées, et conçu des diaphragmes virtuels. Elle a également concentré le faisceau sur plusieurs points et créé des masques virtuels.

Utilisable avec différents types de sources d'ions, la technique offre de nouvelles possibilités de manipulations spatiale et temporelle des particules chargées (ions et électrons) et ouvre des perspectives d’applications en technologie quantique et science des matériaux. 

A new scheme for controlling the trajectories of individual ions in a beam produced a smiley face pattern on an ion detector (left) guided by a virtual mask (right).

https://physics.aps.org/articles/v12/70

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.064049