Un contrôle de la trajectoire de vol d'ions uniques
Publié par Adrien le 28/10/2019 à 08:00
Source: CNRS INP
En moins d'une poignée de microsecondes, des physiciens mesurent la trajectoire d'ions puis la modifient afin qu'ils atteignent une cible choisie à l'avance. Un processus individualisé pour chaque ion émis par un même faisceau.

Les faisceaux d'ions trouvent de plus en plus d'applications en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) et en électronique, y compris à des échelles nanométriques. La communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) explore en particulier les faisceaux "déterministes", où l'on contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des paramètres tels que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) exact d'ions émis ou le moment de leur départ. Des systèmes de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité,...), de boucles de rétroaction et d'obturateurs électroniques ajoutent un autre niveau de contrôle en bloquant certains ions, selon qu'on veuille qu'ils poursuivent ou non leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.). Pour pousser encore plus loin la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents niveaux selon ceux-ci.) de ces particules, des physiciens du Laboratoire Aimé Cotton (Aimé Auguste Cotton est un physicien, né à Bourg-en-Bresse en 1869, et mort à Sèvres en 1951. Il est le frère du mathématicien et académicien Émile Cotton ; son grand père était directeur de...) (LAC (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une...), CNRS/Université Paris-Sud/ENS Paris-Saclay) proposent un système qui contrôle la trajectoire d'ions individuels. Ces derniers peuvent alors atteindre des cibles particulières et différentes, se regrouper ou éviter certaines zones. Les ions sont pilotés à distance, ce qui signifie que la manipulation n'a pas à être interrompue si l'on souhaite changer de zones cibles ou d'exclusion.


Les ions détectés apparaissent en rouge et en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :). Les masques et diaphragmes virtuels permettent de contrôler leur passage selon une grande variété de formes. © Lopez et al.

Dans l'expérience de démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions...), le groupe de chercheurs pointe un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) sur un jet de césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.). Un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par...) et un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de...) sont alors émis et, comme il est 300 fois plus rapide, l'électron est détecté en premier. Grâce à un système de détecteurs et de boucles de retard ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport...) précis, la position et la direction de l'électron sont calculées en seulement 200 nanosecondes. Or elles sont corrélées à celles de l'ion, qui n'est que quelques microsecondes derrière. En une demi-microseconde, sa position est à son tour calculée et un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) est transmis afin d'appliquer un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de...) qui corrige sa trajectoire. L'ion atteint alors une cible désignée à l'avance par les chercheurs. 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. L'équipe programme ainsi des diaphragmes et des masques virtuels, capables de laisser passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) ou bloquer les ions en suivant des formes parfois complexes. Cette technique ouvre des perspectives pour la manipulation spatiale et temporelle des particules chargées, dans des domaines tels que l'imagerie, la science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les matériaux de...) et les technologies quantiques (qubits).

Références

Real-time trajectory control of deterministically produced ions.
C. Lopez, A. Trimeche, D. Comparat et Y.J. Picard, Physical Review Applied 11, 064049, le 21 juin 2019. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.11.064049.
Article disponible sur la base d'archives ouvertesArXiv.
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