1.5 Techniques de base pour la mesure sous champs Mégagauss
1.5.2 Cage de Faraday
La configuration expérimentale, qui sera décrite dans la partie 2.1.2, utilisant un faisceau libre (air) a nécessité une optimisation. En effet, à cause de la diffusion dans l’air et de la divergence du faisceau infrarouge, il est nécessaire de rapprocher le détecteur de la bo-bine pour maximiser le signal. Afin d’éviter toute modification importante dans la structure principale (cage de Faraday principale), nous avons construit une double virole, schémati-sée sur la figure1.22. Les deux viroles (cylindres roulés et soudés) illustrées sur la figure
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FIGURE 1.21 – a) Signal de transmission obtenu par réflexion dans un cristal de CdS à 633 nm dans une bobine de 12 mm à 35 kV obtenu avec la sonde de la figure 1.20 et échantillonné à 25 MHz. b) Signal de transmission directe (sans réflexion) dans un cristal de CdS à 633 nm dans une bobine de 7 mm à 40 kV échantillonné à 5 GHz. Le champ magnétique est en bleu (échelle de gauche) et le signal optique en noir (échelle de droite).
1.23sont en aluminium/magnésium, AW-5083. La première est une extension de la cage de Faraday principale. La deuxième est la cage de Faraday dans laquelle sont placés le dé-tecteur et l’amplificateur. Le but de cette cage est d’avoir une atténuation de la perturbation crée par le déclenchement supérieure à 100 dB entre 10 kHz et 100 MHz.
FIGURE 1.22 – Schéma montrant la cage de Faraday principale ainsi que les viroles.
FIGURE 1.23 – Photographie illustrant la double virole "in-situ". Cet ensemble ainsi que le support pour les miroirs est posé sur des bases ancrés dans le sol, indépendam-ment de la cage de Faraday principale.
L’efficacité globale d’un blindage s’exprime en décibels tel que [Heitzmann 1980] : SE =R+A+B = 10 logP1
P2 (1.43)
où,SEest l’efficacité globale,Rla perte par réflexion,Ala perte par absorption etBle fac-teur de correction (négligeable si A > 10 dB). En considérant une source électromagnétique à une distance de 1 mètre, la réflexion (en décibels) s’exprime [Heitzmann 1980] :
R= 74.6−10 log µr
f Gr2 (1.44)
où, µr est la perméabilité relative,f la fréquence exprimée en MHz et Gla conductivité relative par rapport au cuivre. Les valeurs pour l’alliage utilisé, sontµr = 1etG = 0.27. La valeur d’atténuation par réflexion est donc de 48 dB à 10 kHz et de 88 dB à 100 MHz. L’absorption dépend de l’épaisseur een mm du matériau traversé. Elle s’exprime [Heitzmann 1980] :
A= 1314.3epf µrG (1.45) Pour une épaisseur de 8 mm, l’atténuation par absorption atteint 55 dB à 10 kHz et supé-rieure à 6000 dB à 100 MHz.
Il est à noter que les ouvertures dans le blindage diminue fortement la protection. Pour faire passer le faisceau laser, il faut donc placer des tubes travaillant en dessous de leur fréquence de coupure, fc (en MHz). On peut calculer l’atténuation,A, en fonction de la plus grande distance d’ouverture d(en cm) et de la longueurldu tube (en cm) pour des fréquences inférieures à 400 MHz [Heitzmann 1980].
Atrou = 27.3l
d et fc= 15000
d (1.46)
Pour atteindre une valeur d’atténuation de 100 dB, il est nécessaire de placer des tubes d’une longueur quatre fois plus importante que leur diamètre. La figure1.24montre l’effet des couches successives de blindage sur la connexion entre la cage intérieure et le passage à travers la cage principale. On distingue le bruit de base de l’oscilloscope (calibre 10 mV, courbe noire et calibre 5 mV autres) et le bruit crée par le déclenchement (à partir de t=0.5 µs). Un treillis en cuivre étamé et trois couches successives d’aluminium ont été néces-saires. On remarque que le bruit est très peut atténué entre les 2 et 3 couches d’aluminium, le bruit résiduel est donc causé par l’ouverture du faisceau laser. Ce bruit résiduel (∼mV) est à comparer avec le bruit enregistré sur l’oscilloscope (∼V) sans amplificateur et sans blindage électromagnétique (voir figure1.10a).
Cet assemblage nous a permis de mesurer les transitions optiques dès le début du champ magnétique sans subir les perturbations liées au déclenchement.
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FIGURE 1.24 – Mesure du bruit du déclencheur enregistré sur la photodiode couplé à un préamplificateur (x14) dans la double cage de Faraday. Les courbes montrent l’effet des couches de blindage sur le signal du déclencheur, du moins blindé au plus blindé, de bas en haut respectivement.
CHAPITRE 2
Techniques expérimentales
Ce chapitre a pour but de décrire les méthodes de magnéto-transmission utilisées dans cette thèse, les méthodes de fabrication et les caractéristiques des échantillons de graphite exfolié et de graphène épitaxié utilisés.
2.1 Spectroscopie optique
La méthode de la magnéto-transmission est basée sur la mesure de la lumière transmise à travers un échantillon en fonction du champ magnétique. Il est possible d’utiliser une lumière large-bande ou monochromatique. Dans le premier cas, on mesure généralement un spectre énergétique pour différentes valeurs du champ magnétique (spectroscopie large-bande). Dans le deuxième cas, on mesure généralement l’intensité transmise par l’échan-tillon à une énergie donnée en fonction du champ magnétique (spectroscopie monochroma-tique). Afin d’illustrer les deux méthodes, un éventail ("fan-chart" en anglais) donnant la dépendance énergétique des transitions entre niveaux de Landau du graphite est représentée sur la figure2.1.
FIGURE2.1 – Eventail de l’énergie des transitionsE3−→E3+au pointKdans le graphite. La ligne pointillée bleue représente la spectroscopie résolue en énergie (0.6 à 1.15 eV) et la ligne pointillée rouge représente la spectroscopie monochromatique (1 ev).
La spectroscopie résolue en énergie à champ magnétique constant est représentée en bleu et la spectroscopie à énergie constante est représentée en rouge. En accumulant plusieurs spectres (en changeant le champ magnétique pour l’une et en changeant l’énergie pour l’autre), il est possible de mesurer la dépendance des transitions en fonction de l’énergie et du champ magnétique.
La première partie décrira la spectroscopie résolue en énergie utilisée avec le générateur 14 MJ du LNCMI et la deuxième partie décrira la spectroscopie à énergie constante utilisée avec le générateur Mégagauss.
Toutes les mesures ont été faites en configuration "Faraday" où le vecteur d’onde,~k, est parallèle au champ magnétique B et perpendiculaire aux plans de graphène/graphite.