Spectrométrie de surface
Principe
La spectroscopie de photoélectrons X (XPS) est une technique d’analyse de surface (~5-10 nm) dont le principe repose sur la détection et l’analyse des électrons émis par un échantillon lorsque celui-ci est soumis à un faisceau de rayons X (effet photoélectrique). Les électrons émis, appelés photoélectrons, provenant des différentes couches électroniques des atomes excités, présentent des énergies bien définies qui varient d’un élément chimique à l’autre. De plus, l’énergie des photoélectrons de cœur émis est influencée par l’environnement chimique des atomes. Cette méthode spectroscopique permet ainsi de déterminer précisément la structure chimique de la surface de tout type d’échantillon à l’état solide. L’analyse XPS permet de plus une analyse semi-quantitative de la composition élémentaire des échantillons.
La spectroscopie de photoélectrons UV (UPS) repose également sur l’analyse d’électrons émis par effet photoélectrique. Dans ce cas, la source de lumière utilisée est une source de photons UV dont la moindre énergie (par comparaison aux photons X) permet de sonder la structure de la bande de valence de l’échantillon analysé.
Pour qui ?
Les analyses proposées au sein de la plateforme SMI s’adressent à un large public : ingénieurs et techniciens du secteur public et privé, chercheurs et enseignants-chercheurs, étudiants en thèse, en post-doctorat,…
Pour quoi ?
La technique de spectroscopie XPS permet d’accéder à des informations de nature qualitative et quantitative sur la composition chimique de surface (~5-10 nm) et sur l’environnement chimique des atomes (nature des liaisons, degré d’oxydation des atomes). Tous les atomes peuvent être détectés (sauf l’hydrogène et l’hélium). Afin d’exacerber la réponse de l’extrême surface dans l’étude de films minces, il est possible de faire varier l’angle de détection des photoélectrons (ARXPS). Un canon à ions Argon permet par ailleurs d’abraser la surface pour éliminer les premières couches atomiques et obtenir un profil d’analyse en profondeur. La spectroscopie UPS permet de caractériser la bande de valence de la surface d’un échantillon.
Comment ?
Les spectroscopies XPS et UPS sont des techniques d’analyse non-destructive, adaptées à tout type d’échantillon solide (conducteur ou isolant) compatible avec l’ultravide. L’échantillon peut se présenter sous forme de poudre, de film mince, ou de plaquette. Les matériaux étudiés sont de nature très diversifiée : nanomatériaux, phases minérales, hybrides organo-minéraux, polymères, matériaux biologiques (biofilms, matériaux antimicrobiens), capteurs, matériaux alimentaires déshydratés,…et couvrent ainsi un large champ disciplinaire.