STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DE PETITS AGRÉGATS OBTENUS PAR ÉMISSION IONIQUE SECONDAIRE

Résumé
Les intensités I(X⁺_n) ou I(X^-_n) en ions moléculaires X⁺_n ou X^-_n émis à partir d'une cible solide X soumise à un bombardement ionique primaire présentent des caractéristiques intéressantes. Ainsi dans le cas d'éléments du Groupe I, les ions positifs et négatifs à nombre impair d'atomes X^+ou-_2N±1 sont plus abondants que les ions X^+ou-_2N à nombre pair d'atomes. Pour les éléments du Groupe II, on constate au contraire une décroissance continue. Pour le Groupe III (aluminium) réapparition d'alternances moins marquées que celles du Groupe I mais du même type. Enfin dans le cas du Groupe IV, le carbone d'une part et le silicium et le germanium d'autre part ont un comportement différent ; on a en effet : I(C⁺_2N+1) 1> I(C⁺_2N), I(C^-_2N+1) < I(C^-_2N) et I(Si⁺_2N±1) < I(Si⁺_2N), I(Ge⁺_2N±1) < I(Ge⁺_2N) et une décroissance continue pour les ions Si^-_n) et Ge^-_n. On peut expliquer ces observations en calculant les caractéristiques physiques des amas observés : D⁺_n énergie de cohésion par atome de l'ion X⁺_n et AE(X_n) affinité électronique de la molécule X_n. Des calculs dans l'approximation de Hückel montrent en effet, après recherche de la forme la plus stable, que l'on a bien, pour les ions du Groupe I par exemple : D(X⁺_2N±1) > D(X⁺_2N) et AE(X_2N±1) > AE(X_2N)[1]. Le même modèle permet aussi d'interpréter les observations faites pour les Groupes II et III et même pour des amas hétéronucléaires constitués de mélanges d'atomes des Groupes I, II et III, groupements observés lors du bombardement d'alliages[2]. Les calculs entrepris pour le Groupe IV sont plus complexes à cause de la tendance qu'ont ces éléments à constituer des orbitales hybridées. Cependant, après fixation des constantes de notre méthode par comparaison à des paramètres introduits dans des calculs de structure de bande du carbone et du silicium solides, on a pu appliquer à nouveau une théorie de type Hückel qui explique bien les alternances observées. Nos résultats donnent de plus les géométries les plus stables, elles sont en accord avec les structures solides : hybridation linéaire sp pour C_n n ≤ 5 puis sp² pour n > 5 et hybridation sp² pour Si_n et Ge_n pour n ≤ 3 puis sp³ pour n > 3.

Abstract
The intensities I(X⁺_n) or I(X^-_n) of ions X⁺_n or X^-_n emitted from a solid target X submitted to an ionic bombardment show some interesting features. In the case of Group I elements, the positive and negative ions X^+or-_2N±1 with an odd number of atoms 2N ±1 are more abundant than the ions X^+or-_2N. To the contrary, the Group II element clusters present a continuous decreasing when n increases. For the Group III (aluminium) we observe alternations of the same kind as those of Group I, but less pronounced. Finally, in the Group IV the carbon on the one hand and the silicon and the germanium on the other hand have two different behaviours : I(C⁺_2N±1) > I(C⁺_2N), I(C^-_2N±1 < I(C^-_2N and I(Si⁺_2N±1) < I(Si⁺_2N), I(Ge⁺_2N±1) < I(Ge⁺_2N) and ontinuous decreasing for Si^-_n and Ge^-_n. These observations can be explained by calculating the physical constants of the observed clusters D(X⁺_n) and AE(X_n) (D(X⁺_n) cohesive energy per atom of X⁺_n, AE(X_n) electronic affinity of X_n). The calculations are undertaken in the Hückel approximation. First we determine for a given particle and a given n the stablest shape, then we compare for various n the physical constants. Our results agree with experiments : for instance in the case of Group I, we obtain D(X_2N±1) > D(X_2N) and AE(X_2N±1) > AE(X_2N)[1]. The same model applies to Groups II and III and also to heteronuclear clusters made up of atoms of these Groups [2]. The calculations undertaken for Group IV are more complex because we have to take into account the formation of hybrids. However, after having fixed the parameters of a Hückel model by comparison with previous calculations on band structure of solid carbon and silicon, we have obtained the physical constants of the clusters. Generally speaking Our results still agree with experiments and the stablest shapes given by our calculation are in agreement with solid structures when n becomes of the order of 10 : sp² hybridization for carbon, sp³ hybridization for Silicon and germanium.