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 Ec0 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.

 

Articles:

  • Fullerènes C60; C70

Direct measurement of internal energy of fragmented C60, Phys.Rev. Lett (2007)

Fragmentation patterns of multicharged C60r+ (r=3-5) studied with well-controlled internal excitation energy, Phys. Rev. A (2008)

Negative ions as a probe to study the relaxation of clusters and molecules as a function of the excitation energy, Journal of Physics: Conference Series (2009)

Fragmentation of multicharged C70q+ prepared in collisions with F+ ions at 3 keV, J. Phys.: Conf. Series 583, 012029 (2015)

  • Molécules d'intérêts biologique

Precise Determination of 2-Deoxy-D-Ribose Internal Energies after keV Proton Collisions, ChemPhysChem(2008)

Fragmentation of adenine under energy control, J.Chem. Phys. (2009)

Fragmentation of singly charged adenine induced by neutral fluorine beam impact at 3 keV, J. Chem. Phys (2011)

  • Tungsten hexacarbonyl W(CO)6

Excitation and dissociation of tungsten hexacarbonyl W(CO)6 :Statistical and nonstatistical dissociation processes, J.Chem.Phys(2011)

Statistical vs non-statistical dissociation processes in W(CO)62+ excited by collisions with 3.1 keV H+ , F+ , Cl+, Journal of Physics: Conference Series(2012)

  • Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)

Statistical fragmentation of doubly charged anthracene induced by fluorine-beam impact at 3 keV,Phys.Rev.A(2012)

Activation energies for fragmentation channels of anthracene dications - experiment and theory, J.PhysB (2012)

  •  HDO, H2O and D2O molecules

Fragmentation of doubly charged HDO, H2O and D2O molecules induced by proton and monocharged fluorine beam impact at 3 keV, J. Chem. Phys 142, 094306 (2015)

 

 

Liens vers des articles en français :

Journal du CNRS

Futura science

Libération du 04-12-2007

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