Mecanisme de fragmentation

Nous allons maintenant nous interesser au mecanisme de fragmentation de l'agregat apres un transfert d'energie susant. Nous avons deja decrit les die- rents types de mecanisme de fragmentation possibles dans le sous-chapitre 5.6. Nous allons retrouver les mecanismes de fragmentation issus d'un transfert d'ener- gie impulsionnel.

Energie de collision (eV) Section efficace de fragmentation( Å) 0 5 10 15 20 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Na (H O)+ 2 3 Na (H O) (H O)+ 2 2 2 (H O)Na (H O)(H O)2 2 2 +

Figure8.6: Section ecace de fragmentation calculee pour les dierentes struc- tures de Na(H2O)+3 en collision sur de l'helium, en fonction de l'energie.

8.6.1 Mecanisme IM2

Lorsque l'energie transferee a l'agregat est superieure a l'energie de liaison de l'une des molecules d'eau, il y a ineluctablement dissociation. Neanmoins, nous n'observons que peu de dissociations dans les calculs car le mecanisme de fragmentation observe lors des collisions est, le plus souvent, une evaporation, dont le temps est en general trop long pour qu'elle soit observee pendant une duree raisonnable de calcul. Il s'agit d'un mecanisme impulsionnel en deux temps (two step impulsive mechanisms IM2) [98].

8.6.2 Mecanisme IM1

Un depouillement systematique des trajectoires montre l'existence de frag- mentation impulsionnelle (c'est-a-dire observable pendant la duree du calcul). Dans le cas de l'espece lamentaire, la section ecace des fragmentations impul- sionnelles, pour l'energie de collision de 1,26 eV, est d'environ 1,8 A2 _{(determinee}

en considerant les structures dont l'une des molecules d'eau est a plus de 5 A de l'ion, 800 fs apres la collision), soit 22 % de la section ecace de fragmenta- tion. Ce pourcentage, est a rapprocher du nombre de molecules d'eau peu liees. Il existe donc, pour cette espece une forte possibilite de fragmentation directe (Di- rect impulsive mechanism IM1) [98]. Pour cela, il faut que la collision donne son energie impulsionnelle dans la direction d'une coordonnee de dissociation. Cela implique que la collision transfere principalement son energie en translation. Les

160 8.6. Mecanisme de fragmentation

parametres d'impacts concernes sont donc faibles : il faut que le projectile percute l'atome avec une energie qui est celle de la molecule percutee dans la structure, c'est-a-dire l'energie directe. L'energie repartie sur le reste de la structure est alors egale, environ, a la dierence entre l'energie de liaison directe et adiaba- tique du tableau 8.1. Dans la structure la plus stable et la structure lamentaire la dierence d'energie est faible, mais pour la structure intermediaire l'ecart est important, et represente l'energie potentielle repulsive qui existe entre les deux molecules d'eau en premiere couche de solvatation.

Le mecanisme IM1 est fortement fonction de l'energie mise en jeu. En eet, certaines trajectoires, du fait de la faiblesse de l'energie transmise et du fait d'un transfert d'energie non rigoureusement dans une coordonnee de dissociation, voient une molecule d'eau evoluer le long de la coordonnee de dissociation, mais sans aboutir a la la fragmentation. L'energie se repartit alors dans la structure pour conduire a une evaporation (IM2). Le m^eme parametre d'impact a plus forte energie conduit a une dissociation impulsionnelle.

La visualisation des trajectoires laisse appara^tre deux types de fragmentation IM1 :

{ Une fragmentation ((instantanee )), ou le dip^ole de la molecule d'eau est

en rotation quasi libre et il n'y a plus d'interaction ion-dip^ole. Il s'ensuit que toute l'energie est bien transferee en energie de translation dans la coordonnee de dissociation.

{ Une fragmentation ((progressive)) ou le dip^ole de la molecule d'eau reste

oriente vers l'ion. Il y a alors travail de la force ion-dip^ole pendant la dis- sociation, et une partie de l'energie cinetique fournie a la molecule d'eau qui s'eloigne est transferee vers l'energie cinetique de l'ion fragment forme. Notons qu'intervient alors un eet de masse. En eet, vu que le transfert d'energie se fait par le travail d'une force qui est appliquee pendant un temps limite, l'inertie de l'ion compte beaucoup. Si nous realisons les m^eme simulations avec un ion Na+ _{qui a la masse de Au}+ _{(voir paragraphe 9.2.1}

pour l'utilite de ce calcul), nous trouvons un transfert d'energie meilleur, pour la raison evoquee ci-dessus.

8.6.3 Consequences

Conna^tre l'importance relative des fragmentations impulsionnelles est tres important lorsque l'on observe la fragmentation de plusieurs molecules d'eau. En eet, dans le cas d'un mecanisme IM2, la premiere molecule d'eau est evaporee. Elle part donc, statistiquement, avec une energie cinetique presque nulle (voir paragraphe 5.6.2). Ainsi l'energie disponible pour une deuxieme fragmentation est la dierence entre l'energie transmise et l'energie de liaison adiabatique. Dans le cas d'une fragmentation IM1, la premiere molecule d'eau part avec la plus grande partie de l'energie (energie de liaison directe ajoutee de l'energie cinetique excedentaire). Ainsi, apres perte de la premiere molecule, l'energie disponible

pour la perte de la deuxieme molecule est bien inferieure que pour le mecanisme IM2. Le mecanisme IM1 doit donc se caracteriser par un retard a l'evaporation d'une deuxieme molecule d'eau.

Ces considerations vont servir de guide a l'interpretation des resultats expe- rimentaux des chapitres 9, 10 et 11.

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

Chapitre

9

Etude de (Fe,Co,Au)(H

O)

Parmi les agregats, ceux correspondant a n=2 ont un comportement particu- lier. C'est pourquoi nous les etudions separement dans ce chapitre. Des resultats de collision sur l'helium, ainsi qu'une interpretation partielle a donne lieu a une publication [101]. Nous interpreterons les donnees obtenues gr^ace aux resultats de la dynamique moleculaire. Nous presenterons, en n de chapitre, des resultats complementaires issus d'experiences de photofragmentation.