VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
3.4. TECHNIQUES DE DÉTECTION POUR LES IONS PIÉGÉS 75
3.4.1 Dispositifs de comptage et spectre de masse
Détecteur d’ions Le dispositif le plus élementaire capable de détecter des ions est la
coupe de Faraday. Il s’agit d’une pièce métallique creuse, que percutent les paquets d’ions,
reliée à un électromètre capable de détecter la charge gagnée. Dans la pratique ce capteur
n’est pas très sensible et on préfère utiliser des multiplicateurs d’électrons. Ces appareils fonctionnent
sur le principe de l’émission secondaire, qui est l’émission d’électrons par un matériau
induite par un flux de particules chargées —en l’occurence des ions ou des électrons— pour
obtenir un gain important du signal électrique. On peut distinguer parmi ces appareils les
multiplicateurs à plusieurs dynodes et les galettes de microcanaux. La partie active du premier
dispositif est un jeu de dynodes placées en vis à vis définissant une série où chaque dynode
est maintenue à un potentiel plus important que la précédente. Sur la première dynode
l’impact d’un cation produit un électron immédiatement attiré et projeté sur la deuxième
électrode voisine et de potentiel supérieur. Ce second impact génère un ou plusieurs électrons
qui sont accélérés vers la troisième dynode pour créer à son tour de nouveaux électrons. En
fin de chaîne, le nombre d’électrons peut atteindre 10 8 pour une vingtaine d’électrodes et
dépend de la différence de tension entre deux électrodes voisines. La galette de microcanaux
est formée d’un réseau de petits tubes qui traversent de part en part la structure. L’impact
de l’ion incident génère sur une des deux surfaces un électron qui s’engage dans un des
tubes. L’électron rentre en collision avec la paroi sous tension, et il y a emission secondaire
et création de nouveaux électrons qui à leur tour viennent percuter la paroi. On retrouve
le principe d’une suite de collisions qui amplifient le signal, mais dans ce cas il est possible
de résoudre spatialement les impacts sur la galette. Avec cette famille d’appareils, le signal
électrique produit en bout de chaîne est suffisamment important pour être traité ou amplifié
de manière plus conventionnelle et on est capable de mesurer le nombre d’ions qui se sont
projetés sur la première dynode.
Un tel appareil permet de recenser les ions contenus dans un piège moyennant certains
aménagements au montage expérimental. Tout d’abord il est nécessaire de modifier les tensions
d’alimentation du piège pour abaisser le potentiel et faire sortir les ions de la zone de
confinement. De plus il faut assurer que les ions parviennent jusqu’au détecteur. Dans la
pratique on limite l’étendue de la zone dont on fait basculer le potentiel et on utilise une
lentille électrostatique dont le rôle est de focaliser les lignes de champ issue de la zone de
sortie sur la grille du détecteur. La proportion d’ions qui arrivent sur la grille est principalement
donnée par la qualité de la focalisation ainsi que par le temps de commutation des
tensions, que l’on cherche aussi court que possible. Cette méthode a le désavantage d’être
destructive, de nécessiter des modules de commutation et des électrodes supplémentaires à
placer en chambre à vide.
Spectrométrie de masse La spectrométrie de masse consiste à déterminer la distribution
en masse d’un echantillon d’ions. Pour cela on peut tirer partie de la sélectivité en
masse du piège de Paul linéaire. Rappelons qu’une espèce est stabilisée dans le piége de Paul
est inférieur à 0.9. Des espèces simultanément piégées
linéaire, si le paramètre q = ZeVRF
mR 2 ω 2 RF
sont caractérisées par un rapport charge sur masse Ze
m nécessairement compris dans un certain
intervalle dépendant de la tension RF et la géométrie du piège. Différentes méthodes sont
possibles pour séparer et détecter les ions dont la plus simple est sans doute le balayage de
Finnigan [141]. Dans cette technique, les paramètres du piège sont progressivement modifiés