CHAPITRE 4 - BASES PHYSIQUES DE L’ANALYSE DES SURFACES
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plusieurs étapes. En revanche, la probabilité qu’un niveau interne soit multiionisé n’est pas négligeable puisqu’une nouvelle absorption peut avoir lieu avant
que la relaxation soit complète. Ceci explique notamment les satellites K c x ~ , ~
qu’on peut observer a u voisinage des pics de photoémission en spectroscopie
ESCA/XPS. Ils correspondent à l’existence d u n e raie excitatrice satellite qui provient de la fluorescence X à partir d’un niveau K doublement ionisé. Le temps de
vie de cet état doublement ionisé est en effet suffisamment long par rapport a u
temps de création d u n photoélectron. La durée de vie du photoélectron est étroitement liée à son libre parcours moyen dans la matière qui est minimum pour
des énergies de l’ordre de 40 eV.
Le temps des vibrations thermiques est très supérieur à tous les autres
temps caractéristiques ; un photoélectron aura donc une vision << instantanée >>
de l’arrangement atomique autour de l’atome absorbant. Une expérience d’absorption comme celle pratiquée quand on fait de 1’EXAFS fournit la somme des
positions atomiques instantanées et non une position moyenne. On pourra donc
faire des analyses dépendant du temps avec cette méthode et, par exemple, étudier l’évolution d’une réaction chimique en surface.
L a comparaison entre cette durée de vie et le temps de relaxation des électrons
de cœur est d’une grande importance. Un électron qui quitte un atome << lentement >> (processus d’absorption près du seuil) verra le trou totalement écranté
(processus adiabatique) alors que s’il sort rapidement il verra des potentiels
d‘orbitales << gelés >> - << approximation soudaine >> (sudden approximation), I1 faudra donc soigneusement tenir compte de ces divers temps caractéristiques dans
l’interprétation des spectres d’absorption ou de photoémission.
1.2.4. La diffusion
I1 existe de très nombreux ouvrages qui traitent de la diffusion (scattering) des
rayons X. En général, comme les rayons X sont très pénétrants, la diffusion
Rayleigh n’est utilisée que pour l’étude des surfaces << épaisses >> (par exemple,
mesure des contraintes superficielles, voir Sect. 3.2 du Chap. 5, ou analyse
<< oblique », sous une incidence de quelques degrés, de couches d’oxydes). Cependant, comme l’indice optique est très légèrement inférieur à 1, on peut se trouver
en condition de réflexion totale pour u n angle inférieur à l’angle << critique B
(quelques valeurs figurent sur le Tabl. 4.111).
Deux modes d’analyse sont alors envisageables :
1. la réflectométrie qui permet d‘analyser des interfaces grâce à des simulations
du coefficient de réflectivité ;
2. la diffraction sous incidence rasante qui permet d‘étudier la structure cristallographique des surfaces. Malgré la faible section efficace d’interaction, qui
peut nécessiter d’utiliser des faisceaux intenses de rayons X disponibles sur
les anneaux de rayonnement synchrotron, de nombreuses études sont réalisables sur des diffractomètres classiques équipés de tubes de 1 à 2 kW
(Chap. 5, Sect. 4.1).
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plusieurs étapes. En revanche, la probabilité qu’un niveau interne soit multiionisé n’est pas négligeable puisqu’une nouvelle absorption peut avoir lieu avant
que la relaxation soit complète. Ceci explique notamment les satellites K c x ~ , ~
qu’on peut observer a u voisinage des pics de photoémission en spectroscopie
ESCA/XPS. Ils correspondent à l’existence d u n e raie excitatrice satellite qui provient de la fluorescence X à partir d’un niveau K doublement ionisé. Le temps de
vie de cet état doublement ionisé est en effet suffisamment long par rapport a u
temps de création d u n photoélectron. La durée de vie du photoélectron est étroitement liée à son libre parcours moyen dans la matière qui est minimum pour
des énergies de l’ordre de 40 eV.
Le temps des vibrations thermiques est très supérieur à tous les autres
temps caractéristiques ; un photoélectron aura donc une vision << instantanée >>
de l’arrangement atomique autour de l’atome absorbant. Une expérience d’absorption comme celle pratiquée quand on fait de 1’EXAFS fournit la somme des
positions atomiques instantanées et non une position moyenne. On pourra donc
faire des analyses dépendant du temps avec cette méthode et, par exemple, étudier l’évolution d’une réaction chimique en surface.
L a comparaison entre cette durée de vie et le temps de relaxation des électrons
de cœur est d’une grande importance. Un électron qui quitte un atome << lentement >> (processus d’absorption près du seuil) verra le trou totalement écranté
(processus adiabatique) alors que s’il sort rapidement il verra des potentiels
d‘orbitales << gelés >> - << approximation soudaine >> (sudden approximation), I1 faudra donc soigneusement tenir compte de ces divers temps caractéristiques dans
l’interprétation des spectres d’absorption ou de photoémission.
1.2.4. La diffusion
I1 existe de très nombreux ouvrages qui traitent de la diffusion (scattering) des
rayons X. En général, comme les rayons X sont très pénétrants, la diffusion
Rayleigh n’est utilisée que pour l’étude des surfaces << épaisses >> (par exemple,
mesure des contraintes superficielles, voir Sect. 3.2 du Chap. 5, ou analyse
<< oblique », sous une incidence de quelques degrés, de couches d’oxydes). Cependant, comme l’indice optique est très légèrement inférieur à 1, on peut se trouver
en condition de réflexion totale pour u n angle inférieur à l’angle << critique B
(quelques valeurs figurent sur le Tabl. 4.111).
Deux modes d’analyse sont alors envisageables :
1. la réflectométrie qui permet d‘analyser des interfaces grâce à des simulations
du coefficient de réflectivité ;
2. la diffraction sous incidence rasante qui permet d‘étudier la structure cristallographique des surfaces. Malgré la faible section efficace d’interaction, qui
peut nécessiter d’utiliser des faisceaux intenses de rayons X disponibles sur
les anneaux de rayonnement synchrotron, de nombreuses études sont réalisables sur des diffractomètres classiques équipés de tubes de 1 à 2 kW
(Chap. 5, Sect. 4.1).