CIDEC (collision induced dissociation under energy control)

Une méthode originale pour mesurer l’énergie d’excitation d’un système complexe

La fragmentation est un comportement caractéristique de systèmes complexes tels que de grosses molécules ou des agrégats.

L’étude de la fragmentation induite par excitation photonique, par impact des électrons, des ions et des atomes permet de comprendre la dynamique d’interaction et le mécanisme de redistribution de l’énergie dans le système.

Il est évident que, dans ces études, l’énergie déposée est un facteur déterminant.

Cependant, en raison de la complexité des systèmes possédant un grand nombre de degrés de liberté, ce paramètre est très difficile à mesurer. Pour résoudre ce problème, nous avons développé un dispositif expérimental au LASIM, baptisé CIDEC (Collision Induced Dissociation Under Energy Control) pour mesurer la distribution d’énergie interne du fullerène C₆₀ avant sa fragmentation.

Principe de l’expérience : des molécules de C₆₀ sont évaporées d’un four et forment un jet moléculaire. Un faisceau d’ions H⁺ quasi-monochromatique d’énergie cinétique E_c0 croise le jet de C₆₀ . Dans une collision entre un ion et une cible de C₆₀, l’ion projectile peut capturer 2 électrons de la cible, pour former un anion H^- et céder une partie de son énergie cinétique. Le chauffage du C₆₀ se fait essentiellement par « frottement » entre le proton et les électrons de la cible durant un temps d’interaction très court, de l’ordre d’une femto-seconde.

L’originalité de cette expérience est basée sur la connaissance de l’état atomique du projectile diffusé. En effet, H^- n’est stable que dans l’état fondamental dont le niveau d’énergie est connu avec une bonne précision.

Nous effectuons une mesure de l’énergie cinétique de H^- diffusé en mode dit événement par événement. De plus, en sélectionnant les événements dont l’angle de diffusion du projectile est proche de zéro, ce qui correspond à des collisions à l’extérieur de la cage de C₆₀, l’énergie de recul de la cible est négligeable.

Ainsi, dans la relation de conservation d’énergie totale, le seul paramètre inconnu restant est l’énergie déposée (E_ex) dans la cible.

Par conséquent, la mesure de la perte d’énergie ΔE de H^- peut être convertie en une mesure quasi-directe de l’énergie déposée dans la cible C₆₀²⁺.

Nous avons mesuré les distributions en énergie de C₆₀²⁺ parents qui se désexcitent en évaporant un, deux ou trois fragments de C₂.

Ces données inédites ont été simulées par un modèle statistique d’évaporation pour la première fois sans aucune hypothèse sur l’énergie interne de la molécule.

Le succès de notre expérience sur le C₆₀ a ouvert de nouvelles perspectives dans l’étude de la dissociation de systèmes nanométriques plus complexes comme des molécules d’intérêt biologiques et des agrégats.

Avec cette méthode, il est possible d’étudier la dissociation de systèmes complexes avec un contrôle de l’énergie interne et une précision qui pourrait atteindre 0,1 eV.

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