ANDROMEDE : Projet ANR-10-EQPX-23

Nano particules et molécules de haute vitesse : sonde sous vide ou à l’air des nano-domaines et nano-objets présents sur les surfaces.

Andromède est principalement un nouvel instrument pour l’analyse par spectrométrie de masse de nano-domaines et nano-objets présents sur une surface. Ce projet correspond à la version la plus efficace actuellement de la spectrométrie de masse SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). L’information moléculaire (masse et structure) sera obtenue à partir de l’impact de nanoparticules (NPs) par exemple Au4004+ jusqu’à Au10000n+, et aussi fullerènes C60n+ accélérées dans le domaine du MeV par une structure Van de Graaff de 1 à 4 MV. Ces projectiles permettent l’analyse des échantillons hydratés (ou non), soit sous vide soit à la pression atmosphérique. Le domaine de recherche concerne la nanotechnologie avec la préparation et l’analyse de surfaces nano-structurées ; la biologie et les études « in vitro » de cellules et de bactéries ; l’astrophysique et la simulation des interactions extraterrestres, avec des surfaces glacées et des argiles hydratées dans différents environnements gazeux ; et enfin le suivi de la catalyse induite autour de surfaces nano-structurées.

La production des ions est assurée par deux types de sources. Les agrégats et nanoparticules à partir de la technologie LMIS (Liquid Metal Ion Source). Cette source NAPIS (NAnoParticle Ion Source) a été fournie par Orsay Physics, qui est un partenaire industriel du projet et un leader dans le développement des sources de type LMIS et de la focalisation des ions dans le domaine nanométrique. Les ions moléculaires multichargés sont produits par une source ECR fournie par la société Pantechnik. Cette source permet la production d’ions atomiques légers (proton, hélium) de fortes intensités pour les expériences d’astrophysique nucléaire de basse énergie, mais aussi pour les analyses de type IBA (Ion Beam Analysis). Pour augmenter la charge des ions et en particulier des NPs, un couplage de la source LMIS et de l’ECR est en développement. Ce couplage sera installé dans une deuxième étape du projet.

L’instrument dispose de spectromètres de masse par temps de vol pour analyser les ions éjectés sous vide et à l’air avec dans ce cas une post-ionisation laser pour accroître l’efficacité de détection des espèces émises. Un des spectromètres de masse est associé à un microscope par émission d’électrons ou de protons qui permet de localiser les impacts dans le domaine sub-micrométrique.

Le développement de ce nouvel outil est effectué en collaboration avec plusieurs laboratoires de l’Université Paris Sud, partenaires du projet : l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay, l’Institut de Génétique Moléculaire d’Orsay, l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay et le Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse et un partenaire industriel : OrsayPhysics. Une collaboration internationale existe autour de ce projet avec le Centre for Chemical Characterization and Analysis du Texas A&M University.

L’ensemble des faisceaux est ouvert à la communauté des physiciens étudiant les solides irradiés qui auront ainsi la possibilité de poursuivre les expériences de modification de matériaux dans des conditions extrêmes obtenues avec les agrégats de hautes énergies, mais aussi des ions atomiques dans une large plage de masse.

La possibilité d’accélérer des ions atomiques de haute intensité avec la source ECR dans un domaine de basse énergie ouvre cet accélérateur au domaine de l’astrophysique nucléaire.

L’installation définitive d’Andromède est prévue dans le bâtiment 209 baptisé l’IGLOO qu’il partagera avec un deuxième lauréat des Equipex, ThomX, développé au sein du LAL, ce qui constituera une plateforme de l’Université Paris Sud et du CNRS dédiée à la pluridisciplinarité.