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MOLÉCULAIRES JETS & FAISCEAUX

Applications

Malgré leurs intensités, densités et énergies relativement faibles, les faisceaux moléculaires thermiques restent toujours très utiles dans la recherche. Ils servent notamment comme sources de référence, car ils sont les seuls à être bien définis théoriquement. Ils sont aussi utilisés dans les sources de gaz spéciaux comme les vapeurs de métaux réfractaires, les gaz corrosifs et, d'une façon générale, tous les gaz non disponibles, ou dangereux, ou trop coûteux, à haute pression.

Les faisceaux thermiques ont trouvé deux applications industrielles très importantes. La première est apparue dans les horloges atomiques à la suite du développement, depuis les années 1940, des étalons de fréquence des transitions de structure fine des atomes d'hydrogène et d'alcalins (Cs, Rb) principalement. Le nombre d'horloges atomiques en service dans les systèmes modernes de télécommunication, de navigation et de localisation dépasse probablement dix mille.

La seconde application industrielle des faisceaux thermiques est l' épitaxie par faisceau moléculaire, qui a fait des progrès considérables depuis les années 1960. Cette technique désignée couramment par M.B.E. (molecular beam epitaxy en anglais) a transformé la fabrication des composants électroniques, notamment les couches minces de semi-conducteurs, métaux ou diélectriques. Elle permet de régler d'une façon très fine les flux et les énergies thermiques des faisceaux (Si, éléments des groupes III-V) ainsi que la température du substrat, et de contrôler in situ, dans une enceinte à ultravide, la croissance épitaxique réalisée lentement par empilement d'atomes, ou molécules, que l'on peut suivre couche par couche.

La technologie a beaucoup apporté au développement des jets et faisceaux supersoniques, mais sans y trouver en retour, jusqu'à présent, des retombées vers de véritables applications industrielles. Il existe cependant une méthode d'analyse des gaz par extraction rapide sous forme de jet et faisceau supersonique, et couplage à un spectromètre de masse. Finalement, c'est dans la recherche fondamentale que l'on trouve en fonctionnement des centaines d'appareils, ou plus, du type supersonique en régime continu ou impulsionnel. Seuls les systèmes à zone de silence ( et 2) développés en France et les vannes pulsées sont commercialisés actuellement.

Un faisceau moléculaire supersonique, reflétant les propriétés du jet dont il est extrait, permet l'étude indirecte de ce jet avec ses divers effets de relaxation translationnelle ou interne, de condensation, de séparation des masses... Les jets supersoniques élargissent considérablement les domaines d'applications des faisceaux thermiques grâce à leurs caractéristiques bien meilleures et à des possibilités supplémentaires résultant de leurs propriétés spécifiques. Par exemple, avec un faisceau d'hélium, on a un monochromateur (0,5 p. 100 de résolution) de longueur d'onde λ = h/p ∼ 0,1 nm variable avec la température de la tuyère, qui est très intéressant pour l'interaction gaz-surface. Avec une résolution en énergie de un milliélectronvolt, ce même appareil est très puissant en physique atomique et moléculaire pour déterminer les sections efficaces de collisions élastiques et, par suite, les potentiels intermoléculaires, ou encore pour résoudre des structures même rotationnelles produites par des collisions inélastiques. De plus, l'ultrarefroidissement obtenu surtout par ensemencement dans des jets d'hélium (Trot ≃ de 0,1 à 1 K) permet d'éliminer les bandes chaudes de rotation et, par suite, de simplifier et même de transformer la spectroscopie optique des molécules. Cette méthode née en France est maintenant devenue universelle. De plus, elle rend possible une excitation sélective des variétés isotopiques [...]

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Écrit par

  • : Ingénieur, École nationale supérieure de chimie de Paris, docteur ès sciences, chef de laboratoire au Commissariat à l'énergie atomique, directeur de recherche et thèses

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV

Dispositif pour des faisceaux d'énergie inférieure à 0,5 eV

Dispositif pour des jets faisceaux d'énergie comprise entre 0,01 et 40 eV

Dispositif pour des jets faisceaux d'énergie comprise entre 0,01 et 40 eV

Faisceaux thermiques et supersoniques

Faisceaux thermiques et supersoniques

Autres références

  • CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 6 420 mots
    • 6 médias
    ...détection que les physiciens assemblent près des lieux de collisions des particules issues des accélérateurs ; ils n’apparaissent que sous la forme de jets de particules. Par un processus symétrique du phénomène de confinement qui empêche les quarks de sortir du proton, les quarks produits par des processus...
  • HERSCHBACH DUDLEY ROBERT (1932- )

    • Écrit par Georges BRAM
    • 330 mots

    Chimiste américain né le 18 juin 1932 à San Jose (Californie). Après des études de chimie à l'université Stanford (Palo Alto, Californie), Dudley Robert Herschbach prépare à l'université Harvard (Cambridge, Massachusetts) un doctorat en chimie physique qu'il soutient en 1958. Il est nommé assistant...

  • LEE YUAN TSEH (1936- )

    • Écrit par Georges BRAM
    • 261 mots

    Chimiste américain d'origine taïwanaise né le 19 novembre 1936 à Hsin-chu. Après des études de chimie à Taiwan, Yuan Tseh Lee va préparer à l'université de Californie, à Berkeley, un doctorat en dynamique moléculaire qu'il obtient en 1965. En 1967, Il rejoint l'équipe de ...

  • RABI ISIDOR ISAAC (1898-1988)

    • Écrit par Viorel SERGIESCO
    • 174 mots

    Physicien américain né à Rymanów en Galicie, Isidor Rabi fait ses études à l'université Columbia. En 1928, il travaille en Allemagne dans le laboratoire d'Otto Stern, où il commence ses études sur les jets atomiques.

    Professeur à l'université Columbia en 1937, il utilise la méthode...

Voir aussi