Dispositifs expérimentaux

Le schéma 1.12 représente les différents éléments d’un synchrotron : des électrons sont suc-cessivement accélérés dans un accélérateur linéaire puis dans le booster (accélérateur circulaire), avant d’être injectés dans un grand anneau appelé anneau de stockage. Le rayonnement, émis par les électrons à chacun de leurs virages, est guidé vers les lignes de lumière installées tout autour de l’anneau de stockage. Chaque ligne de lumière est un laboratoire d’une vingtaine de mètres de long, instrumenté pour analyser des échantillons.

Figure 1.12 – Schéma de principe d’un synchrotron avec l’accélérateur linéaire, le booster (accé-lérateur circulaire) et l’anneau de stockage, d’où part les différentes lignes de lumière (Copyright

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 EPSIM 3D/JF Santarelli, Synchrotron Soleil)

Toutes les expériences de XANES ont été réalisées à la Canadian Light Source (CLS) à Sas-katoon (Canada) avec l’aide du Pr. G. Henderson. Les deux lignes utilisées ont été les suivantes : la ligne SGM et la ligne VLS-PGM. La principale différence entre les deux lignes est la gamme d’énergie accessible :

— La ligne SGM (pour High resolution Spherical Grating Monochromator). La gamme d’éner-gie accessible est comprise entre 250 et 2000 eV (pour cela la ligne possède trois différents réseaux de diffraction) [38]. Cette ligne a été utilisée pour les expériences réalisées au seuil K de l’oxygène, du sodium et de l’aluminium.

— La ligne VLS-PGM (pour Variable Line Spacing-Plane Grating Monochromator). La gamme d’énergie accessible est comprise entre 5,5 et 250 eV (pour cela la ligne possède trois

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férents réseaux de diffraction) [39]. Cette ligne a été utilisée pour les expériences réalisées au seuil L de l’aluminium et du silicium.

Figure 1.13 – Schéma représentant le trajet de la lumière dans la ligne SGM [38].

Pour les deux lignes le trajet des R-X est le suivant. Le faisceau de R-X est tout d’abord dirigé par un jeu de miroir vers la fente d’entrée puis sur le réseau de diffraction sélectionné. Une fente de sortie mobile sélectionne les différentes longueurs d’ondes du faisceau diffracté. Puis le faisceau est redirigé vers la chambre d’absorption [38, 39]. Notons que les optiques (miroirs et monochromateur) utilisées dans la gamme des R-X ne sont pas des optiques "classiques". Ce sont des cristaux ou des matériaux multi-couches. La réflexion de Bragg est utilisée pour rediriger ou focaliser la lumière (miroirs ou lentilles) ou encore pour séparer les différentes longueurs d’onde du faisceau incident (monochromateur). Les surfaces de ces matériaux peuvent être planes, to-roïdales ou encore sphériques d’où les différents noms donnés aux optiques.

Les deux lignes possèdent une chambre d’absorption permettant de faire les mesures de TEY et FLY. Cette gamme de rayons X est appelée "soft X-ray" (rayon-X mous) et nécessite que les mesures d’absorption soient faites sous ultra vide (≈ 10 −9 _{Torr). En effet dans cette gamme}

énergétique l’air lui-même (par exemple avec les atomes d’oxygène) absorbe les rayons X. En mode FLY les photons X de fluorescence sont détectés par une photodiode et l’intensité du signal de FLY est normalisée par rapport au flux de photon incident I0^.

En mode TEY on mesure le courant nécessaire pour neutraliser la charge rémanente sur l’échan-tillon due à l’émission de photo-électrons ou d’électrons Auger. Pour cela les échanl’échan-tillons sont fixés par un scotch de carbone sur le porte-échantillon qui est lui-même métallique. Cette méthode pose problème dans le cas d’échantillons isolants (comme les verres) à cause de l’accumulation de charge en surface, elle n’a donc pas été utilisée par la suite. Les échantillons ont été polis juste avant les mesures. Le polissage a été réalisé en utilisant du papier de polissage 4000 correspondant Page 42

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Figure 1.14 – Spectre de FLY/I₀ du seuil K de l’aluminium pour l’échantillon de verre 7509. La ligne verte correspond à la ligne de base avant le seuil, la ligne violette à la ligne de base après le seuil d’absorption.

Figure 1.15 – Spectre de FLY/I₀ normalisé du seuil K de l’aluminium pour l’échantillon de verre 7509.

à des grains de carbure de silicium inférieures à 5 microns. Cette solution a été envisagée, car il a été observé que les verres riches en sodium (tels que les échantillons 7500 et 7502) présentent une cristallisation de surface à cause de réactions avec des agents atmosphérique tels que H₂O ou CO₂ (avec possible formation de carbonate de sodium) [40]. De plus les épaisseurs devaient être gardées les plus fines possibles afin d’optimiser le transfert d’électrons. Les spectres XANES Page 43

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que nous avons obtenu au seuil du sodium pour les échantillons polis ne semblent pas présenter de cristallisation de surface. Tous les spectres XANES présentés dans la suite correspondent aux échantillons préalablement polis sauf ceux au seuil K de l’oxygène qui ont été réalisés avant que les échantillons ne soient polis.

Tous les spectres ont été étalonnés en énergie à partir d’une référence d’albite cristalline. Les spectres d’absorption obtenus ont été tracés et traités en utilisant le logiciel ATHENA. Ce lo-giciel a été développé par B. Ravel and M. Newville [41], il permet de tracer les spectres XANES, de supprimer les lignes de base avant et après le seuil, de normaliser le spectre ou encore de corriger de l’auto-absorption. La figure 1.14 représente le spectre de FLY/I₀ brut au seuil K de l’aluminium de l’échantillon 7509 à pression ambiante sur lequel ont été tracées les lignes de bases pré et post-seuil à l’aide du logiciel ATHENA. La figure 1.15 correspond au même spectre normalisé après correction de l’auto-absorption. La normalisation consiste à ce que l’absorption post-seuil soit égale à 1. Tous les spectres au seuil présentés par la suite seront normalisés et l’auto-absorption aura été corrigée.

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