Processus de formation d'ions à partir d'atomes éjectés dans des états électroniques surexcités lors du bombardement ionique des métaux de transition

Abstract

associé au C.N.R.S., Bâtiment 2I0, Faculté des Sciences d'Orsay, Essonne. (Reçu le 24 juillet 1969.) Résumé. 2014 On étudie le mécanisme d'ionisation des éléments de transition de la série 3d, bombardés par un faisceau d'ions A+ de quelques keV. La formation d'un ion positif résulte tout d'abord du peuplement statistique des états surexcités des atomes éjectés, par les électrons de conduction, puis d'une désexcitation Auger de ces atomes hors du métal (auto-ionisation). On construit les états surexcités à partir des niveaux 3d et 4s de l'atome, représentés dans un modèle à un électron. Pour que des états surexcités puissent être peuplés, il faut que le barycentre des niveaux d'énergie des électrons excités soit en dessous du niveau de Fermi du métal. Cette condition impose différents modes d'états surexcités, formés par 2 ou 3 électrons, qui nécessitent, dans tous les cas, la formation d'un trou sur la couche 3d. Le rendement ionique qui découle de ce processus est directement proportionnel à la probabilité de peuplement des états surexcités de chaque élément. Cette probabilité varie de 2,5 x 10-3 pour le cuivre à 1,3 x 10-2 pour le titane. Abstract. 2014 We have studied an ionization process taking place when solid targets, made of 3d transition elements, are sputtered by an argon ion beam of a few keV. Atoms are ejected in superexcited states which are statistically occupied by conduction electrons, then Auger radiationless transitions may occur (auto-ionization) and give rise to the production of positive ions. Superexcited states are obtained from the 3d and 4s atomic levels, in a one electron model. In order to allow for the occupation of superexcited states, the mean energy level of the excited electrons must lie under the Fermi level of the metal. This condition implies several types of superexcited states involving 2 or 3 electrons. Yet, in any case, the production of a hole on the 3d shell is always needed. As a result, this process leads to an ionic yield proportional to the occupation probability of the superexcited states of each element. This probability varies from 2.5 x 10-3 for copper to 1.3 10-2 for titanium.

SIMS: from research to production control

“…We were independent, isolated messengers of SIMS. The pioneers at this time were: Benninghoven, 5 Beske, 6 Blaise, 7 Bradley, 8 Evans, 9 Honig, 10,11 Liebl, Herzog, Poschenrieder, Ruedenauer and Satkiewicz at the Geophysics Corporation of America, 12 Slodzian, 13 Oechsner, 14, 15 Werner 16 and Wittmaack and Maul. 17 The early history of SIMS is reviewed in Ref.…”

Évolution des rendements de l'émission ionique des alliages avec la nature du soluté - Première partie : Résultats expérimentaux

“…Avec pE(CU) 1 le cuivre, dans toutes les matrices, est le seul élément qui conserve à peu près le même rendement qu'à l'état pur. Les rendements du groupe des ferromagnétiques en solution sont assez dispersés, ce qui contraste avec les émissions tout à fait identiques des métaux purs [5]. On remarquera en particulier que le coefficient d'exaltation du cobalt allié est souvent très inférieur à l'unité.…”

“…Dans la seconde partie, nous examinerons dans quelle mesure le modèle que nous avions antérieurement développé pour interpréter l'émission des métaux purs [5] permet encore de rendre compte de l'émission des alliages. Ce modèle repose sur l'idée que la production des ions dépend de la probabilité qu'ont les atomes de se retrouver hors du métal dans une configuration auto-ionisante.…”

“…On voit que l'émission croît rapidement du cuivre jusqu'au fer, puis oscille autour d'une valeur moyenne élevée en présentant un minimum pour le manganèse. 5. Discussion des résultats.…”

Évolution des rendements de l'émission ionique des alliages avec la nature du soluté. Deuxième partie : interprétation

“…Nous avons montré que l'existence de ce trou était une condition nécessaire mais non suffisante pour qu'un état soit auto-ionisant car il faut de plus que l'énergie, répartie entre les électrons hors de la couche d, soit assez élevée pour qu'une désexcitation spontanée de l'atome entraîne son ionisation [4]. électronique de l'atome peut se traduire, en Xc, par une transition des électrons occupant les états proches du niveau de Fermi, vers les états de l'atome libre [4]. Au-delà de Xc des échanges électroniques restent encore possibles et peuvent amener une modification de la proportion des états auto-ionisants obtenus en Xc, en détruisant une petite partie d'entre eux [6].…”