Exploration Positron-Ion Crystal Interactions
Dans une exploration révolutionnaire, une équipe de recherche, comprenant le professeur Yasuyuki Nagashima de l’Université des sciences de Tokyo (TUS), Japon, a ouvert une nouvelle voie pour étudier les interactions entre les positrons et les cristaux ioniques.
Leurs efforts collaboratifs, documentés dans Physical Review Letters, comprennent les contributions du Dr. Takayuki Tachibana, ancien professeur adjoint à l’UTS, actuellement affilié à l’Université Rikkyo, et de M. Daiki Hoshi, étudiant diplômé à l’UTS.
Mise en lumière de la désorption stimulée par les électrons
Les chercheurs se sont lancés dans leur aventure inspirés par le phénomène bien établi de la “désorption stimulée par les électrons”. Ce phénomène implique l’éjection d’ions positifs monoatomiques d’une surface solide lorsqu’elle est bombardée par un faisceau d’électrons.
Le Dr Tachibana précise : “On sait depuis longtemps que lorsque des électrons sont injectés dans une surface solide, les atomes qui la composent sont éjectés sous forme d’ions positifs monoatomiques.” Cela a conduit l’équipe à se demander quel serait le résultat du bombardement d’un cristal par des positrons.
Expériences contrôlées sur les cristaux de fluorure de lithium
L’équipe a mené des expériences en dirigeant un faisceau de positrons ou d’électrons sur la surface (110) d’un cristal de fluorure de lithium (LiF). Ils ont utilisé des champs électriques stratégiquement positionnés, générés par des déflecteurs, pour réguler les énergies incidentes de ces particules chargées.
Ces déflecteurs ont également joué un rôle crucial en redirigeant les ions désorbés du cristal vers un détecteur d’ions. L’analyse spectroscopique ultérieure des signaux détectés a révélé la composition précise des ions désorbés.
Révélation de Découvertes Innovantes
Lorsque des électrons ont bombardé le cristal LiF, les ions monoatomiques attendus, Li+, F+ et H+ (attribuables aux gaz résiduels dans la chambre expérimentale), ont été détectés.
Cependant, l’injection de positrons a entraîné la détection d’ions moléculaires positifs de fluor (F2+) et d’ions positifs d’acide fluorhydrique (FH+). Il convient de noter que cela marque la première instance documentée d’éjection d’ions moléculaires lors de l’irradiation par des positrons.
Révélation du Mécanisme
À la suite d’une analyse approfondie et d’expériences supplémentaires, les chercheurs ont formulé un modèle de désorption pour élucider leurs découvertes. Selon ce modèle, lorsque des positrons pénètrent dans un solide, certains reviennent à la surface après avoir perdu de l’énergie.
Dans le cas des cristaux LiF, ces positrons peuvent attirer deux ions fluor négatifs voisins à la surface, formant un composé positronique. Si le positron lié s’annihile avec l’un des électrons de cœur de l’ion fluor, un électron Auger est émis, ce qui entraîne un échange de charge et la génération d’un ion moléculaire F2+ positif. Les forces de répulsion des ions Li+ voisins propulsent cet ion hors du cristal.
Ouvrir la Voie à de Nouvelles Possibilités
Les découvertes de cette étude ont le potentiel d’améliorer considérablement notre compréhension des interactions matière-antimatière.
Le Dr Tachibana souligne : « La stabilité et les propriétés de liaison des composés positroniques offrent des perspectives uniques sur l’interaction des antiparticules avec les substances ordinaires, ouvrant la voie à de nouvelles enquêtes dans le domaine de la chimie quantique. » De plus, la méthode proposée pourrait conduire à de nouveaux ions moléculaires et molécules, ouvrant de nouvelles perspectives pour la recherche future.
Développement des Applications
Il convient de noter que cette approche présente des promesses d’application dans divers domaines. En science des matériaux, elle pourrait faciliter la modification de surface et l’étude précise des propriétés des matériaux.
Les applications potentielles s’étendent à la thérapie contre le cancer, à l’informatique quantique, au stockage de l’énergie et au développement de dispositifs électroniques de nouvelle génération.
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