C. Blondel, C. Delsart et C. Drag

W. Chaïbi (2003-2006), S. Canlet (thèsard) , R. Pelaez (post-doc)

Microscopie de photodétachement

Principe de la microscopie de photodétachement Effet du champ magnétique : cas longitudinal

Montage expérimental

qFa

0max2azR

Paramètres quantiques :

32

0 2mqF

Nombre d’anneaux

23

032

aN

Interfrange moyen

a

z

NR

i3

00max 3

ah 0v

Détecteur

Fion

z0

7

6

5 4

3

2

1

8

9

10

11

12

13

 1 : Source et lentille simple ("einzellens") 2,5,9,10 : Plaques déflectrices3,6,8 : Lentilles simples

4 : Filtre de Wien7 : Virage quadrupolaire11 : Quadrupole de focalisation12 : Décélération13 : Zone d’interaction

Jet d’ions négatifsEnergie cinétique moyenne : 300 to 500 eV 60 to 80 km.s-1

xy

DétecteurRésolution : 65 µm FWHM1 électron chaque 0.1 ms à 1 ms

Colonnez0 = 0.514 mF compris entre150 et 450 V/m

Laser à colorant

= 535 @ 710 nm (~ 596 nm)

P = 100 to 400 mW

stabilité ~ 10 MHz sur 30 min

(mes.) ~ 2.10-8

waist de 20 à 40 µm

C

D

F

Uion

négatif

atomeneutre

h

eA

Si-

SA0872b

R

j

F = 427 Vm-1± 4 Vm-

1

= 0.926 ± 0.008 cm-1

Précision : ± 1 µeV

Affinités électroniques2

'

2

1

21

U

F

C

DhA

Fluor A(19F) = 27 432.451(20) cm-1

Oxygène A(16O) = 11 784.676(7) cm-1

Silicium A(28Si) = 11 207.246(8) cm-1

Soufre A(32S) = 16 752.9760(42) cm-1

Eur. Phys. J. D33, 335 (2005)

Oxygène A(17O) = 11 784.629(22) cm-1 A(18O) = 11 784.606(20) cm-1

Phys. Rev. A64, 052504 (2001)

Oxygène E(2P1/2) E(2P3/2) = 177.084(14) cm-1

Soufre32S: E(2P1/2) E(2P3/2) = 483.5352(34) cm-1

32S: E(3P1) E(3P2) = 396.0587(32) cm-1 J. Phys. B39, 1409 (2006)

OH A(16O1H) = 14 740.982(7) cm-1 J. Chem. Phys. 122, 014308 (2005)SH A(32S1H) = 18 669.543(12) cm-1

J. Mol. Spec. 239, 11 (2006)

La fonction de Green est connueKramer et al., Europhys. Lett. 56, 471 (2001)

Interférence à 2 trajectoires: même phase que pour B=0(invariance)

Interférence à 4 trajectoires

jet d’ion négatifs

détecteur

solénoïde

2 m

23 cm

42 cm

62 cm

13 cm

laser

Champs magnétiques longitudinal et transverse

détecteur

B//F solénoïde

jet d’ions

négatifs

lasertransverse BF

bobines

Jet

S

v

eB

mvRc

eF

mzT 0

02

F

B

µT 55B

0B

µT 110B

µT 165B

µT 55B

µT 110B

µT 165B

Trajectoires classiques

0

100

200

300

400

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

Solenoid intensity (mA)

Mag

nit

ud

e (p

ixel

s)

Diamètre mesuré de la figure D(I)

Mesure de la distance R(I) du centre de la figure d’inter-férence à la projection de la source sur le détecteur

Calcul de la valeur théorique de R(I)

CI

CIIDIR

sin)(),(

100 mA ≡ 126 µT = 1.26 G

BmF

ezCI

20

Effet du champ magnétique : cas transverse

Trajectoires et décalage de franges ?

Negative ion

?

E

B

a 'a

?'aa

Problème général :

En présence de la force de Lorentz, le décalage des trajectoires est-il égal au

décalage des franges d’interférences?

Que deviennent les anneaux d’interférences en présence

d’un champ magnétique transverse?

Résultats expérimentaux

Laser

mm 0.94

pixels 36

-1cm 0.338(2)E

-1cm 0.339(2)E

-1cm 0.550(2)E

-1cm 0.549(2)E

La phase d’interférence reste invariante !!

B

0

B

0

16752.955

16752.960

16752.965

16752.970

16752.975

16752.980

16752.985

16752.990

0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66

Em(cm-

eA(c

m-

Sans B ou Bperp.

B/ / (50,7 mA)F=255V/ m

B/ / (50,2 mA)F=291V/ m

B/ / (74.7 ou 0mA) F=291V/ m

± 8.10-3 cm-1 de dispersion due aux

inhomogénéités de champ électrique

Microscopie de photoïonisation: C. Nicole et al., Phys. Rev . Lett. 88, 133001 (2002)

Microscopie de photodétachement moléculaire : C. Delsart et al., Phys. Rev . Lett. 89, 183002 (2002)

American Journal of Physics 66, 38 (1998)F = 423 Vm-1

= 1.2 cm-1 0 = 0.045 ma = 0.35 m

a

zRAiRj

0

2

0

2

41)( Fq

m 2/3

03

24

Décalages isotopiques

Structure fine des atomes et des ions

Molécules

Effet géométrique sur la figure d’interférence

Comme attendu :

Résultats expérimentauxInfluence du champ magnétique transverse

sur la phase de l’interférogramme

)(rAevmp

Soit le moment :

Déphasage magnétique

La figure d’interférence se déplace toute entière !

Dans l’approximation du champ lontain

Btm

eFeBev

dt

ydm z

2

2

Le décalage de l’enveloppe

envelopper

yeBmF

ezr

2/3enveloppe 3

2

Décalage des franges vs. décalage des trajectoires

L’affinité électronique varie-t-elle avec le champ B ?

0. BS

BSSdB

/ cliSe

chemincheminchemin

... rdrAerdPrdpScl

Phase géométrique

Phase magnétique

La courbure des trajectoires ne contribue qu’à un ordre plus élevé. La variation de phase, à une position donnée sur le détecteur, est :

µT 0,05B anneaux 2)(

On obtient commefonction d’onde

La phase de l’interférogramme change comme :

Application numérique :

S

SdBe

rdrAe

.).()(

0)( BBSe

B

z

a

F z0

Détecteur

avec comme dépendence en B

rr r

Bz

y

222max3

. yxRyeB

SdBe

et le décalage de phase

Le déplacement de frange

frangesr est tel que

222max

2/1

23 3

,

2

9

,yxR

yx

z

eFm

yx

En comparant le gradient

frangesenveloppe rr

yeBmF

ezr

2/3franges 3

2

fringes.,0,0,0,0 rrBrrBrBrB r

On a:

Principe : Y.N. Demkov et al., JETP Lett. 34, 403 (1981)

Microscopie de photodétachement : C. Blondel et al., Phys. Rev . Lett. 77, 3755 (1996)

F ~ 291 V/m = 596.89122 nm

B = 1.9 µT B = 27.8 µT B = 56.1 µT

B = 82 µT B = 110.4 µT B = 137.5 µT

F ~ 195 V/m B = 5.10-8 T

i.e. proportionnel au flux de B au 1er ordre :

Formule analytique

Eur. Phys. Lett. 82, 20005 (2008)