VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
3.2. IONISATION 67
lumineux ou électronique passent eux aussi à travers le piège.
Bombardement électronique La méthode traditionnelle est le bombardement électronique.
Il est relativement simple de produire, accélérer et diriger un flux électronique grâce à un canon
à électrons. Dans un modèle simple de canon à électrons, un filament de tungstène
est chauffé et émet des électrons. On utilise l’effet thermo-ionique : au delà d’une certaine
température le solide communique à certains de ses électrons une énergie supérieure au travail
de sortie, énergie de seuil pour quitter le solide. Si le filament est porté à un potentiel négatif,
les électrons s’éloignent vers l’environnement de potentiel plus important. L’accélération et
la direction du flux d’électrons s’effectue grâce à une électrode dite ”wehnelt” (figure 3.5),
une grille métallique ou une électrode percée, située à l’intérieur du canon et dont le potentiel
électrique est réglable. Si son potentiel est supérieur à celui du filament, les électrons
sont attirés et une partie d’entre eux traverse la grille ou l’orifice et sort alors du canon à
électrons. Si son potentiel est inférieur à celui du filament, aucun électron n’est émis. Le flux
électronique est contrôle en intensité par la température du filament et peut être rapidement
coupé en commutant le wehnelt, le temps d’extinction étant donné principalement par
le temps de commutation. La direction du faisceau électronique est donnée par la direction
Fig. 3.5 – Schéma de principe du canon à électrons. Le filament (à un potentiel négatif
Vpol) chauffé génère les particules éventuellement accélérées vers le wehnelt s’il est porté à la
masse. Une partie des électrons s’échappe par l’orifice et se dirige vers le piège.
filament-orifice du wehnelt, la divergence du flux dépend du diamètre de sortie et de la distance
filament-orifice, et surtout des tensions environnantes.
Les électrons rencontrent les atomes à l’intérieur du piège. Pour qu’une ionisation se produise
les électrons doivent avoir une énergie cinétique supérieure au seuil d’ionisation. L’ordre de
grandeur de cette énergie cinétique est donnée par la différence de potentiel entre le filament et
le zéro électrique, multipliée par la charge élémentaire. On porte donc le filament à un potentiel
négatif, qui vaut au moins une dizaine de volts pour ioniser des atomes alcalino-terreux.
Notons que les électrons sont capables d’ioniser tous les atomes dont le seuil d’ionisation
est inférieur à leur énergie cinétique. Si celle-ci est importante, c’est la pureté chimique du
flux atomique qui donne la pureté de l’échantillon formé. Si cette méthode est peu sélective
chimiquement, elle est également peu sélective spatialement. Comme les électrons sont légers,
ils sont fortement influencés par les champs électriques. En particulier, l’influence du champ
radiofréquence de piégeage rend difficilement prévisible les trajectoires des électrons dans la