Study of relaxation mechanisms of C60 : delayed ionisation and C2 emission

Etude des mécanismes de désexcitation de C60 : ionisation retardée et émission C2

Bruno Climen (1)

1 LASIM - Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire

This thesis is dedicated to the study of C60 fullerene cooling mechanisms after a nanosecond laser excitation. In this temporal mode, absorbed energy is redistributed to all cluster's degrees of freedom causing a fragmentation cascade by emission of C2 molecules. A process of delayed ionisation is highlighted for each size of produced clusters. Then the formed cations can fragment by emission of C2. Our experimental device is made of a time-resolved velocity-map imaging spectrometer combined with a Wiley-McLaren time-of-flight mass spectrometer. It allows extracting the kinetic energy spectra from the photoelectrons or photoions that result from the C60 relaxation chain. These spectra are compared with a statistical model based on Weisskopf's formalism. A Monte Carlo algorithm was developed in order to rebuild the C60 time-of-flight spectrum. The information extracted from simulations, like the internal energies or the branching ratios at each decay stage, perfectly complete the analysis of the involved processes.

Cette thèse est consacrée à l'étude des mécanismes de refroidissement du fullerène C60 après une excitation laser nanoseconde. Dans ce régime temporel, l'énergie absorbée est redistribuée sur tous les degrés de liberté de l'agrégat provoquant une cascade de fragmentations par émission de molécules C2. Un processus d'ionisation retardée est mis en évidence pour chaque taille d'agrégat produit. Les cations ainsi formés peuvent à leur tour se fragmenter par émission de C2. Notre dispositif expérimental, constitué d'un spectromètre à imagerie résolu en temps type velocity-map combiné à un spectromètre de masse à temps de vol type Wiley-McLaren, permet d'extraire les spectres en énergie cinétique des photoélectrons ou des photoions issus de la chaîne de désexcitation de C60. Ces spectres sont comparés à un modèle statistique basé sur le formalisme de Weisskopf. Un algorithme Monte Carlo a été développé afin de reconstituer le spectre de temps de vol de C60. Les informations extraites des simulations, tels les énergies internes et les rapports de branchement à chaque étape du déclin, complètes idéalement l'analyse des processus mis en jeu.

Mots clés: Cluster; delayed ionisation; C2 dissociation; velocity-map imaging; Wiley-McLaren time-of-flight

Mots clés: Agrégat; C60; ionisation retardée; dissociation C2; Weisskopf; imagerie velocity-map; temps de vol Wiley-McLaren; Monte Carlo

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Bruno Climen. Etude des mécanismes de désexcitation de C60 : ionisation retardée et émission C2. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Claude Bernard - Lyon I, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00092829⟩