La communauté scientifique connaît l'existence des électrons depuis plus de cent ans, mais il y a des facettes importantes de leur interaction avec la matière qui restent entourées de mystère. Un domaine d'intérêt particulier est celui des électrons de faible énergie ou des électrons qui ont des niveaux d'énergie cinétique d'environ 10 électronvolts (eV) ou moins. Ces électrons affectent le fonctionnement des isolants dans les systèmes électroniques et sont responsables des dommages causés par les rayonnements dans les tissus humains et autres tissus biologiques.

La méthode classique pour étudier comment les électrons interagissent avec la matière consiste à analyser leur diffusion à travers de fines couches d'une substance connue. Cela se produit en dirigeant un flux d'électrons vers la couche et en analysant les déviations ultérieures dans les trajectoires des électrons.

"Les électrons de haute énergie interagissent principalement avec les atomes individuels d'une substance et leur diffusion peut être prédite par les modèles généralisés existants, " dit Ruth Signorell, professeur de chimie physique à l'ETH Zürich, l'Ecole polytechnique fédérale de Suisse. "En revanche, les électrons de basse énergie interagissent avec l'ensemble du réseau moléculaire, qui comprend les liaisons chimiques et le mouvement vibratoire des atomes dans la substance, et leur diffusion est actuellement trop complexe pour être prédite avec un modèle. Avec ça en tête, nous avons développé une approche alternative pour mesurer le mouvement des électrons de basse énergie."

Signorell et ses collègues expliquent leur travail cette semaine dans Le Journal de Physique Chimique .

"L'une de nos idées clés a été le développement d'une technique que nous appelons la" méthode de surcouche d'aérosol ". Elle consiste à générer des gouttelettes d'aérosol constituées d'un noyau solide et d'une coque en matériaux organiques qui imitent certains des polymères que l'on trouverait dans l'électronique. Travailler avec ces gouttelettes dans le vide, nous pouvons utiliser la lumière laser pour inciter le noyau à libérer des électrons qui traversent la coque. Quand ils atteignent la surface et s'échappent, nous pouvons mesurer différentes métriques telles que leur intensité, " a déclaré Signorell.

« La méthode de surcouche aérosol offre deux avantages majeurs, " Signorell a dit. " D'abord, elle permet de séparer plus facilement les enjeux du transport des électrons à travers la couche de leur formation dans le noyau. Seconde, des gouttelettes d'une taille comparable à la longueur d'onde du laser agissent comme des résonateurs pour la lumière laser. Cela peut être exploité pour générer une mine d'informations supplémentaires sur l'interaction des électrons avec la matière."

« Le défi majeur de cette méthode est de déterminer avec précision la taille du noyau et de l'enveloppe des particules d'aérosol. S'il est encore difficile de mesurer ces quantités, la précision des mesures affecte la précision des informations de diffusion générées, " a déclaré Signorell.

Aller de l'avant, Signorell et ses collègues souhaitent élargir la portée de leur travail avec la méthode de surcouche d'aérosol.

"Nous voulons appliquer la méthode de surcouche d'aérosol à différents matériaux d'épaisseurs variées. Nous sommes particulièrement intéressés par les coques très minces et comment leurs changements structurels affectent l'échappement des électrons de la surface de la gouttelette. Ceci est potentiellement très pertinent pour les chercheurs qui étudient les questions scientifiques liées aux surfaces et interfaces de différentes substances, " Signorell a dit. " Avec tout ce travail, nous espérons analyser pleinement le large éventail de données expérimentales qui peuvent être générées afin que nous puissions en savoir plus sur le mouvement des électrons de basse énergie. »