Deuterium adsorption on (and desorption from) SiC(0001)-(3×3), (√3×√3)R30°, (6√3×6√3)R30° and quasi-free standing graphene obtained by hydrogen intercalation

International audienceWe present a comparative high-resolution electron energy-loss spectroscopy study on the interaction of atomic hydrogen and deuterium with various reconstructions of SiC(0 0 0 1). We first show that on both the (3 × 3) and reconstructions, deuterium atoms only bind to silicon atoms, thereby confirming the silicon-rich appellation of these reconstructions. Deuterium passivation of the (3 × 3) is only reversible when exposed to atomic deuterium at a surface temperature of 700 K since tri- and dideuterides, necessary precursors for silicon etching, are not stable. On the other hand, we show that the deuteration of the is always reversible because precursors to silicon etching are scarce on the surface. Then, we demonstrate that hydrogen (deuterium) adsorption at 300 K on both the (buffer-layer) and the quasi-free-standing graphene occurs on carbon atoms justifying their carbon-rich appellation. Comparison of the deuterium binding in the intercalation layer of quasi-free-standing graphene with the deuterated surface provides some indication on the bonding structure at the substrate intercalation layer. Finally, by measuring C-H (C-D) vibrational frequencies and hydrogen (deuterium) desorption temperatures we suggest that partial sp2-to-sp3 rehybridization occurs for the carbon atoms of the buffer-layer because of the corrugation related to covalent bonding to the SiC substrate. In contrast, on quasi-free-standing graphene hydrogen (deuterium) atoms adsorb similarly to what is observed on graphite, i.e. without preferential sticking related to the underlying SiC substrate

Study of hydrogen isotopes behavior in tungsten by a multi trapping macroscopic rate equation model

International audienceDensity functional theory (DFT) studies show that in tungsten a mono vacancy can contain up to six hydrogen isotopes (HIs) at 300 K with detrapping energies varying with the number of HIs inthe vacancy. Using these predictions, a multi trapping rate equation model has been built and used to model thermal desorption spectrometry (TDS) experiments performed on single crystaltungsten after deuterium ions implantation. Detrapping energies obtained from the model to adjust temperature of TDS spectrum observed experimentally are in good agreement with DFTvalues within a deviation below 10%. The desorption spectrum as well as the diffusion of deuterium in the bulk are rationalized in light of the model results

Negative-ion production on carbon materials in hydrogen plasma: influence of the carbon hybridization state and the hydrogen content on H− yield

International audienceHighly oriented polycrystalline graphite (HOPG), boron-doped diamond (BDD), nanocrystalline diamond, ultra-nanocrystalline diamond and diamond-like carbon surfaces are exposed to low-pressure hydrogen plasma in a 13.56MHz plasma reactor. Relative yields of surface-produced H− ions due to bombardment of positive ions from the plasma are measured by an energy analyser cum quadrupole mass spectrometer. Irrespective of plasma conditions (0.2 and 2 Pa), HOPG surfaces show the highest yield at room temperature (RT), while at high temperature (HT), the highest yield (∼3-5 times compared to HOPG surface at RT) is observed on BDD surfaces. The shapes of ion distribution functions are compared at RT and HT to demonstrate the mechanism of ion generation at the surface. Raman spectroscopy analyses of the plasma-exposed samples reveal surface modifications influencing H− production yields, while further analyses strongly suggest that the hydrogen content of the material and the sp3/sp2 ratio are the key parameters in driving the surface ionization efficiency of carbon materials under the chosen plasma conditions

A Solve-RD ClinVar-based reanalysis of 1522 index cases from ERN-ITHACA reveals common pitfalls and misinterpretations in exome sequencing

Purpose Within the Solve-RD project (https://solve-rd.eu/), the European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies aimed to investigate whether a reanalysis of exomes from unsolved cases based on ClinVar annotations could establish additional diagnoses. We present the results of the “ClinVar low-hanging fruit” reanalysis, reasons for the failure of previous analyses, and lessons learned. Methods Data from the first 3576 exomes (1522 probands and 2054 relatives) collected from European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies was reanalyzed by the Solve-RD consortium by evaluating for the presence of single-nucleotide variant, and small insertions and deletions already reported as (likely) pathogenic in ClinVar. Variants were filtered according to frequency, genotype, and mode of inheritance and reinterpreted. Results We identified causal variants in 59 cases (3.9%), 50 of them also raised by other approaches and 9 leading to new diagnoses, highlighting interpretation challenges: variants in genes not known to be involved in human disease at the time of the first analysis, misleading genotypes, or variants undetected by local pipelines (variants in off-target regions, low quality filters, low allelic balance, or high frequency). Conclusion The “ClinVar low-hanging fruit” analysis represents an effective, fast, and easy approach to recover causal variants from exome sequencing data, herewith contributing to the reduction of the diagnostic deadlock

Etude des propriétés électroniques et vibrationnelles des surfaces de graphite cristallin avant et après exposition à des espèces ioniques

Le travail présenté ici traite de l'apport de la spectroscopie de perte d'énergie d'électrons lents à haute résolution (HREELS) pour l'étude des propriétés électroniques et vibrationnelles des surfaces de graphite cristallin, avant et après traitement de la surface par bombardement ionique à l'argon et à l'hydrogène. Dans le cas des surfaces cristallines non bombardées, on a pu mettre en évidence un comportement atypique de la section efficace du mode plasmon basse énergie sur du graphite HOPG, contraire aux prévisions de la théorie diélectrique. Ce comportement se retrouve sur le mode phonon de Fuchs Kliewer, visible sur la reconstruction graphite du carbure de silicium, et s'accompagne d'une modification de la signature de perte entre cette reconstruction et la reconstruction 3x3 de ce matériau. On a montré que l'introduction, dans la fonction diélectrique du matériau, de termes associés aux transitions inter bandes, qui surviennent de part et d'autre du niveau de Fermi dans le schéma de bande du graphite, amène à une description qualitative de la forme des spectres dans le cas du HOPG mais aussi du SiC. Les résultats obtenus après bombardement des surfaces de graphite HOPG à l'argon et à l'hydrogène montre une forte sensibilité du mode plasmon basse énergie à la présence de défauts interstitiels. On a pu corréler les variations en terme de position et d'amortissement du plasmon avec la concentration et le type de défaut créé par le bombardement. Par ailleurs, les surfaces bombardées présentent une réactivité accrue aux espèces atomiques. Cela se traduit par l'observation des modes de vibration C-H, qui n'apparaissent qu'après bombardement puis exposition aux neutres. On interprète ces résultats comme étant dus à la présence de défauts de surfaces n'impliquant pas d'atomes d'hydrogène mais constituant des sites précurseurs de réactivité sur lesquels va s'initier l'érosion chimiqueAIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Propriétés physiques de films minces de phtalocyanines adsorbées sur des semi-conducteurs III-V

Dans ce mémoire, nous présentons une étude des propriétés physiques (ordre, structures vibrationnelle et électronique) en surface et à l'interface de films minces de phtalocyanines (Pcs) adsorbées sur des surfaces (001) de semi-conducteurs III-V (InSb, InAs). Nous avons utilisé les techniques d'analyse de surfaces suivantes : la microscopie à effet tunnel (STM), la diffraction d'électrons lents (LEED), la spectroscopie de perte d'énergie d'électrons lents à haute résolution (HREELS) et la spectroscopie d'absorption de rayons X (NEXAFS). Sur InSb(001)-4x2/c(8x2), les données STM et LEED montrent que les molécules s'adsorbent préférentiellement sur les rangées d'Indiun du substrat. En monocouche, les Pcs adoptent une reconstruction (4nx3), caractérisée par un ordre unidimensionnel à grande échelle suivant la direction [110]. Les mesures effectuées par HREELS et NEXAFS révèlent que les molécules s'adsorbent "à plat" sur la surface. De plus, elles montrent qu'il n'y a aucune modification des modes propres ni des molécules ni du substrat, sous l'effet de l'adsorption. Ainsi, nous suggérons que leur interaction est faible (physisorption). Ces résultats ont été observés pour trois différents systèmes : PbPc, SnPc, H2Pc adsorbées sur InSb. Sur InAs(001)-4x2/c(8x2), les mesures STM et LEED révèlent que l'arrangement moléculaire est similaire à celui décrit précédemment. Cependant, les données HREELS présentent des différences notables par rapport à celles enregistrées sur InSb. Elles semblent indiquer l'existence d'une interaction molécule-substrat plus importante (chimisorption ?)AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Etude de l'érosion chimique dans le tokamak Tore-Supra

Le travail présenté dans cette thèse traite du problème des interactions entre les particules énergétiques issues d'un plasma thermonucléaire et les parois des tokamaks. Ces interactions posent plusieurs problèmes majeurs : l'usure des parois et la rétention du tritium. Ce mémoire s'articule autour de l'érosion des matériaux carbonés. La première partie est consacrée à l'érosion chimique qui apparaît comme le principal mécanisme comparé à la pulvérisation et à la sublimation induite par bombardement qui peuvent être limités. Nous avons donc dans un premier temps étudié l'érosion chimique "in situ" dans le tokamak Tore-Supra, au moyen de diagnostics de spectroscopie optique et de spectrométrie de masse, pour des chocs ohmiques ou avec puissance additionnelle. Nous avons montré qu'il fallait, dans la détermination du taux d'érosion chimique, tenir compte à la fois du méthane et des hydrocarbures plus lourds (C2Dx et C3Dy) produits par érosion chimique. La dépendance du taux de production de CD4 (Y[CD4]) en fonction du flux d'ions deutérium incidents [phi] est de la forme : Y[CD4] a[phi][-0.23]. On a aussi montré qu'une élévation de la température de surface induit une augmentation du taux Y[CD4]. L'interprétation et la modélisation des résultats ont été effectuées avec un code de Monte Carlo (BBQ). Dans un second temps, nous avons développé et mis en place un diagnostic de spectroscopie infrarouge dans la bande 0.8-1.6 [mu]m, dédié à la mesure de température de surface et à l'obtention ainsi qu'à l'identification des raies atomiques et moléculaires émises lors de l'interaction plasma/paroi. Enfin dans la troisième partie pour s'affranchir de l'érosion chimique du carbone, nous présentons l'étude de faisabilité d'un procédé de dépôt "in situ" de tungstène à faible température (< 80C). Cette étude a montré que l'on pouvait recouvrir par la méthode Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (PACVD) l'ensemble de la chambre interne du tokamak avec une épaisseur d'environ 1 mum de tungstèneAIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Caractérisation d'une source de plasma hélicon et application à l'implantation ionique par immersion plasma

Cette thèse a porté sur l'étude d'une source de plasma de type hélicon et sur l'implantation ionique par immersion plasma (IIIP). La caractérisation du réacteur s'est faite dans des plasmas d'argon à l'aide d'une sonde de Langmuir, et d'un spectromètre de masse, doté d'un secteur d'analyse en énergie. Suivant les valeurs de puissance injectée, pression de gaz et champ magnétique, trois modes de couplage distincts ont été mis en évidence : un couplage capacitif à faible puissance avec des densités comprises entre 10[9] et 10[10] cm[-3], puis avec une puissance plus élevée, un couplage inductif avec une augmentation de la densité (10[10]-10[11] cm[-3]) et enfin, à forte puissance (> 1 kW), une onde hélicon peut être excitée par l'antenne et participer à une ionisation en volume du plasma (densité entre 10[11] et 10[12] cm[-3]). Un travail sur les plasmas pulsés est également présenté dans ce mémoire. Ces valeurs de densités élevées pour des plasmas à basse pression (< 5 [mu]Bar) peuvent s'avérer particulièrement intéressantes pour des procédés de micro électronique, et en particulier pour l'IIIP. Ainsi, la société IBS, spécialisée dans l'implantation ionique, développe depuis quelques années un procédé d'IIIP et afin de l'améliorer, a souhaité adapter une source de plasma radiofréquence sur son prototype. La caractérisation du nouveau réacteur a été faite dans des plasmas d'azote et de trifluorure de bore (BF3). Nous avons ainsi montré une augmentation de la densité de un à deux ordres de grandeurs, suivant la valeur de puissance injectée, par rapport à la configuration initiale. Désormais, une large gamme de densités est accessible (10[7] à 10[10] cm[-3]). Une étude de la composition chimique des plasmas a également été réalisée. Des implantations de bore ont été effectuées à l'aide de ce procédé pour réaliser des cellules solaires. Les analyses SIMS de ces cellules ont montré la formation de jonctions ultra-fines, qui doivent permettre d'améliorer le rendement des photopilesAIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Etude expérimentale et modélisation de l'interaction plasma-surface (gaines anodiques, cathodiques et application à la génération d'ions négatifs)

Etude et modélisation de la gaine anodique : l'influence de l'émission secondaire. Un échantillon de cuivre faisant face à un spectromètre de masse avec une résolution en énergie est polarisée positivement, au delà du potentiel plasma dans un plasma d'argon basse pression (0.05-0.1 Pa). Les ions crées dans la gaine par les électrons extraits du plasma sont accélérés vers le spectromètre de masse où ils sont détectés en fonction de leur énergie. Par conséquent, la distribution en énergie des ions nous permet de sonder le potentiel de la gaine sans perturbations. Nous observons une forte chute du signal des ions positifs quelques électron-volts avant le potentiel de l'échantillon. Nous attribuons cet effet aux électrons secondaires émis par la surface sous bombardement électronique. En effet, des résultats récents sur le taux d'émission secondaire du cuivre, montrent que la composante de rétro-diffusion (diffusion élastique) tend vers l'unité pour des électrons de faible énergie (<10eV). Les électrons secondaires émis par la surface avec une faible température ( 2eV) sont piégés par le potentiel électrique et ont un temps de résidence important près de la surface, augmentant localement de façon importante la densité électronique. Les profils de potentiel et les fonctions de distribution des ions sont calculés à partir d'un modèle numérique qui inclut l'émission secondaire. Un très bon accord est trouvé entre le modèle et l'expérience. Génération d'ions négatifs sur une surface de graphite HOPG en plasma d'hydrogène et deutérium. Nous mesurons les ions négatifs H- et D- avec un spectromètre de masse résolu en énergie dans un plasma d'hydrogène (et deutérium) basse pression (0.2-1Pa) et faible puissance RF (50-300W). Un échantillon de graphite HOPG est placé directement en regard du spectromètre de masse et polarisé négativement. Les ions négatifs formés sur le graphite à partir du bombardement par les ions positifs sont détectés en fonction de leur énergie. La distribution en énergie des ions H- ou D- ainsi obtenue présente deux aspects. Une queue chaude attribuée aux ions négatifs crées par double capture (deux simples captures successives) à partir d'H2+ et H3+, et un pic principal où deux mécanismes sont superposés : il s'agit des ions négatifs crées par la pulvérisation des atomes d'hydrogène adsorbés ainsi que la double capture. Nous montrerons un effet isotopique en comparant H- et D- ainsi que des résultats en température permettant de dissocier les deux effets sur le pic et ainsi de déterminer la proportion des ions négatifs provenant de chaque mécanismes.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF