Le Système d’Analyse par Faisceau d’Ions Rapides (SAFIR) de l’INSP, installé au niveau du sous-sol dans le patio 14-23 du campus Jussieu, repose sur l’utilisation d’un accélérateur de type Van de Graaff, capable de générer des faisceaux d’ions légers dans une gamme d’énergie de 100 KeV à 2.2 MeV.
Cet accélérateur couplé à 5 chambres d’analyses sous vide permet de réaliser des analyses par diffusions élastiques et réactions nucléaires (RBS, ERDA, NRA) et notamment le dosage de certains éléments légers (C, N, O,..) grâce au blindage radiologique de la salle d’expériences qui autorise l’utilisation de deutons.
Une spécificité de SAFIR repose sur sa capacité à analyser les isotopes (18O, 13C, 15N ...) ce qui, en combinaison avec l’utilisation des fours développés à l’INSP en fait un outil unique pour les études des processus de transport atomique intervenant lors de la croissance de couches minces.
Par ailleurs, la très bonne stabilité en énergie de cette machine, améliorée ces dernières années grâce à l’intégration de nouveaux composants dans le système de charge au cœur de l’accélérateur (courroies Siegling) , associée à la spécificité de certaines chambres d’analyse, nous permet de sonder les profils de structure et de composition des premières monocouches atomiques et de réaliser des expériences à très haute résolution en profondeur.
En particulier, il est possible grâce à l’exploitation de sections efficaces résonantes étroites (NRP) de réaliser des profils de composition isotopique avec une résolution nanométrique.
Cette plateforme bénéficie de 5 chambres d’analyses spécifiques :
• Une Chambre polyvalente en vide secondaire (10-7mbar) pour la RBS, NRA et NRP en routine, équipée d’un porte échantillon pour 60 échantillons.
• Une Chambre ultra-vide (10-12 mbar) équipée de LEED/AES, goniomètre à température variable (130 à 1000K) pour canalisation d’ions, évaporateurs, canon à ions, RBS, NRA.
• Une Chambre goniométrique en vide secondaire (10-7mbar) dédiée aux études de canalisation d’ions, équipée pour la RBS, NRA, et NRP.
• Une Chambre en vide secondaire (10-7mbar) dédiée au dosage d’Hydrogène et Deutérium (ERDA), équipée d’un porte échantillon pour 60 échantillons.
• Une Chambre ultra-vide (10-12 mbar) équipée de détecteurs semi-conducteurs et d’un détecteur électrostatique. Elle possède également un goniomètre compatible Omicron, de haute précision avec possibilité de chauffage et refroidissement. Cette chambre est couplée avec d’une part un sas d’entrée permettant le transfert rapide des échantillons et d’autre part une chambre de préparation des surfaces avec les dispositifs suivant : évaporateurs, LEED/AUGER, canon à ions,….
Ce dernier dispositif constitue le projet MEIS (Medium Energy Ion Scattering) en cours de développement, qui permettra de caractériser la région superficielle des solides préparée in situ, avec une résolution sub-nanométrique.
SAFIR est l’outil central de l’équipe CONFID, mais sert également à une large communauté de chercheurs nationaux et internationaux, provenant d’une vingtaine de laboratoires. Ces collaborations peuvent trouver leur place dans des cadres plus formels tels que : PICS du CNRS, collaborations internationales, réseaux européens tels que SPIRIT ou bien encore des prestations sur contrats.
SAFIR offre une cadence bi-hebdomadaire de plannings, ce qui offre une grande souplesse et permet des allers-retours rapides entre l’élaboration et la caractérisation des échantillons.