Projet ANR-07-BLAN-0253 – HAXPES : Hard x-ray PhotoElectron Spectroscopy : Ultrafast dynamics and Electron correlation
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : UNIVERSITE PARIS VI [PIERRE ET MARIE CURIE] (UNIVERSITE PARIS VI [PIERRE ET MARIE CURIE])
Partenaires : Unité de Recherche Soleil; Université Pierre et Marie Curie; Université Pierre et Marie Curie
Montant : 400000.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 36 mois
Résumé : Ce projet propose d'acquérir un analyseur d'électrons de haute résolution à haute énergie cinétique dans le domaine des rayons X durs (2 à 12 keV). L'analyseur sera installé sur la ligne GALAXIES (diffusion inélastique des rayons X et spectroscopie d'électrons) sur le synchrotron SOLEIL, dont les caractéristiques sont optimales pour accueillir un instrument de ce type. De par ses performances et le domaine d'énergie cinétique encore largement inexploré, l'analyseur HAXPES constituera un instrument unique en son genre. Le but scientifique, rendu possible par les caractéristiques innovantes de l'appareil et les qualités de la ligne, concerne aussi bien l'étude du mouvement nucléaire sub-femtoseconde avec la résolution vibrationnelle que celle des matériaux complexes (principalement les systèmes d'électrons fortement corrélés ainsi que les interfaces enterrées et nano-objets).   L'avantage de la haute énergie réside, d'une part, dans les très faibles durées de vie des couches profondes permettant de sonder des dynamiques moléculaires et électroniques subfemtosecondes, et, d'autre part, dans la capacité de sonder l'état massif des matériaux grâce au libre parcours moyen des électrons, beaucoup plus grand qu'aux énergies de photons standard en photoémission.   Nous envisageons un dispositif permettant de passer de manière sûre et rapide de la phase diluée à la phase condensée par le biais d'un environnement échantillon dédié à chacune des thématiques.  L'analyseur d'électrons aura une résolution ultime de 30 meV à 12 keV. Il permettra ainsi de résoudre les niveaux vibrationnels dans les spectres Auger résonants, caractéristiques du mouvement nucléaire ainsi que les états proches du niveau de Fermi qui jouent un rôle essentiel dans les propriétés de transport dont la supraconductivité. La photoémission des électrons de c¿ur sera utilisée pour sonder les propriétés électroniques et la dynamique des excitations. Les mesures résonantes sont réalisées proche d'un seuil d'absorption en accordant l'énergie des photons incidents, bénéficiant ainsi du gain en intensité qu'implique la résonance et de l'effet d'acuité spectrale : à la résonance, il est possible de s'affranchir de l'élargissement dû à la durée de vie des lacunes et de sonder des processus à une échelle de temps plus rapide que cette durée de vie (effet Raman résonnant).   Ce projet n'est envisageable que par l'avènement d'analyseurs aux performances inimaginables il y a encore trois ans et les nouvelles sources synchrotron. SOLEIL fournit l'infrastructure de la ligne en assurant des meilleures performances pour HAXPES. Une part de ce projet servira à étendre l'énergie nominale de la ligne GALAXIES vers 2 keV afin d'accéder aux seuils K des éléments tels S, P ou Cl. Il est primordial que ce projet soit décidé au moment où les derniers détails techniques de la ligne GALAXIES sont finalisés.  Le coût principal du projet comprend l'ensemble instrumental complet, le système d'introduction du gaz et la cellule à gaz, le manipulateur cryogénique, une canne de transfert sous vide, une chambre de préparation, les étages de pompage ainsi que le salaire d'un post-doc pendant les deux dernières années du projet. SOLEIL et le LCP-MR ont accepté un financement exceptionnel total de 105 000 ¿ pour ce projet et la mise à disposition d'un équivalent mi-temps d'un ingénieur. La réalisation du projet impliquera une coordination étroite avec le constructeur et la collaboration d'équipes de recherche internationales. Le projet bénéficiera enfin de l'expertise acquise au sein des groupes du LCP-MR, SOLEIL et IMPMC en physique atomique et moléculaire et en phase condensée.   Parmi les possibilités offertes par un tel instrument, nous envisageons de réaliser des recherches inédites sur le mouvement nucléaire sub-femtoseconde dans la phase gaz et la photoémission résonante dans les matériaux fortement corrélés. Les premiers résultats obtenus dans ces derniers à haute énergie pointent déjà vers une ref