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RÉSUMÉ
Procédé d’ingénierie des matériaux, l’implantation ionique permet de modifier non seulement les propriétés chimiques de la cible, mais également les structurelles. Il s’agit fondamentalement d’un processus hors équilibre thermodynamique, puisqu’en théorie il est possible d’introduire tout élément dans tout matériau, même non compatible chimiquement. Cet article aborde plusieurs domaines d’applications des faisceaux d’ions, certains comme outils de contrôles et de modifications des matériaux, avec ou sans analyse, et d’autres comme outils d’analyse permettant la compréhension de l’interaction ions/matière.
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Franck FORTUNA : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
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Erwan OLIVIERO : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
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Marie-Odile RUAULT : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
INTRODUCTION
Les faisceaux d'ions peuvent être vus comme un outil polyvalent permettant d'aborder aussi bien la synthèse de nouveaux matériaux, que l'analyse structurale et chimique de systèmes complexes. Leur emploi apporte un paramètre supplémentaire à l'expérimentateur pour parcourir les diagrammes de phase : le système restant figé (à la manière d'une trempe) dès que l'on coupe le faisceau.
Après avoir décrit les mécanismes physiques impliqués (pouvoir d'arrêt, création de défauts), le formalisme mathématique et la mise en œuvre des faisceaux d'ions (production, tri en masses, dispositifs expérimentaux) dans l'article précédent [M 4 395], nous aborderons ici plusieurs domaines d'applications des faisceaux d'ions :
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vus en tant qu'outils de contrôles et de modifications des matériaux, suivis ou non d'analyses. Nous présenterons plusieurs installations qui permettent de combiner les deux modes (analyse et modification contrôlée des matériaux), donnant ainsi accès à l'étude in-situ de la synthèse de nouveaux matériaux ;
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présenter les bases nécessaires à la compréhension de l'interaction ions/matière (déjà vue dans le [M 4 395]), ainsi qu'une vue globale du domaine à travers des exemples (sans prétention à l'exhaustivité).
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- Version courante de déc. 2021 par Erwan OLIVIERO
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2. Modification et synthèse des matériaux par mélange ionique (ou mixing)
Un des phénomènes résultant de l'implantation/irradiation est le mélange balistique des atomes de la cible. Mélange lié au déplacement des atomes de recul projetés par l'ion incident (recoil mixing), auquel s'ajoute, lorsque l'énergie transférée est importante, les déplacements des ions secondaires à l'intérieur des cascades (cascade mixing).
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Quand la matrice est chimiquement homogène, cela n'engendre que des défauts d'irradiation ponctuels, ou étendus (boucles de dislocations, défauts d'empilement, zones amorphes, modification de joints de grains...). On se situe alors dans le cas de l'irradiation ou auto-implantation décrit dans le [M 4 395].
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Lorsque la matrice est constituée d'une alternance de couches atomiques de nature distincte (atome A et B), l'implantation/irradiation permettra de mélanger les deux espèces. Ce phénomène et ses applications ont été largement étudiés entre 1980 et 1995 (voir par exemple , , ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - HANSEN (M.), ELLIOT (R.P.) - Constitution of Binary Alloys : first supplement - (constitution des alliages binaires, suppléments à [81]), Schenectady, N.Y. : Genium, 874 p (1986).
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(5) - SAWADA (K.), PAI (C.S.), LAU (S.S.), POKER (D.B.), BUCHAL (CH.) - Ion mixing of Ni-Pt films on Si - Journal...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Analyse par rayon X induits par particules chargées (PIXE)
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Spectrométrie de collisions élastiques et de réactions nucléaires. Théorie et Applications
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Les mesures en radiofréquences, caractérisation des réseaux multiaccès
ANNEXES
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