Nos tutelles

CNRS

Nos partenaires

Rechercher




Accueil > FR > Recherche > Spectroscopie et Applications > Analyse de Traces > Matériaux

Dynamique des plasmas d’ablation laser. Applications à l’étude de matériaux à fort potentiel technologique

par Claire PIRIM, Cristian FOCSA - publié le , mis à jour le

Activités de Recherche

Au niveau scientifique, cette thématique s’est développée suivant trois directions :

  1. étude fondamentale (expérimentale et théorique) de la dynamique spatio-temporelle des plasmas transitoires générés par ablation laser
  2. étude par ablation laser de l’érosion des parois d’un propulseur spatial à effet Hall
  3. optimisation du dépôt par ablation laser de couches minces

Des techniques optiques (imagerie rapide par camera CCD intensifiée, spectroscopie d’émission et d’absorption) et électriques (sondes Langmuir, spectrométrie de masse) ont été développées pour la caractérisation du plasma. D’autres techniques spécifiques, disponibles au laboratoire ou dans les équipes partenaires ont également été utilisées pour la caractérisation des couches minces déposées ou des effets induits par le laser sur la cible : spectrométrie Raman, diffraction de rayons X, ellipsométrie, EDX, profilométrie mécanique et optique, TOF-SIMS etc.

- 

La première direction vise une meilleure compréhension de l’interaction de la matière avec des impulsions laser de haute intensité, problématique très complexe impliquant les propriétés optiques et thermodynamiques de l’échantillon solide, les transitions de phase, l’expansion de la phase gaz et son interaction avec le faisceau laser, les interactions électriques entre les constituants du plasma créé etc. L’étude systématique que nous avons menée dans différents régimes temporels (ns, ps, fs) et sur différents matériaux, des plus simples (métaux) aux plus complexes (céramiques, composites magnéto-électriques) nous a permis de développer un nouveau modèle expliquant notamment l’origine des oscillations observées pour la première fois par notre équipe et confirmées depuis par d’autres groupes. L’article publié dans Phys. Rev. E en 2008 a été sélectionné pour publication dans le Virtual Journal of Ultrafast Science.

- 

Ces travaux ont attiré l’attention des membres du GdR « Propulsion par Plasma dans l’Espace » (GdR 3161 CNRS/CNES/SNECMA/Universités), intéressés par l’étude de l’érosion des céramiques présentes dans les moteurs à effet Hall utilisés pour la propulsion de satellites. Plusieurs campagnes d’expériences communes (PhLAM, ICARE, GREMI, CEMHTI Orléans, LPGP Orsay, SNECMA) ont été effectuées au laboratoire et sur le moyen national d’essai PIVOINE 2G (ICARE Orléans). Nous avons notamment mis au point une technique de calibration de l’érosion des parois céramiques qui pourra être utilisée pour le suivi en vol des moteurs à effet Hall.

- 

Enfin, la troisième direction d’étude est orientée vers l’optimisation du processus PLD (Pulsed Laser Deposition) pour la croissance de couches minces de matériaux d’intérêt technologique, comme les chalcogénures (DVD réinscriptibles, mémoires à changement de phase) ou les magnétostrictifs (capteurs). Une étude systématique sur l’influence des différents paramètres entrant en jeu (longueur d’onde, durée de l’impulsion et fluence du laser d’ablation, pression de travail, distance cible-substrat etc.) sur les propriétés des couches minces déposées a permis de dégager des résultats très encourageants pour l’optimisation du processus PLD.

Equipements

- Chambre de dépôt PLD / Spectromètre LIBS
- Caméra thermique / Laser cw fibré

Projets / Partenariats

- PHC Brancusi 2013-2014 France - Roumanie
- PHC Barrande 2013-2014 France - République Tchèque
- GdR "Propulsion par Plasma dans l’Espace" 2008-2012 CNRS/CNES/SNECMA/Universités
- ARCUS 2006-2008 France/Roumanie/Hongrie/Rép. Tchèque
- ECO-NET 2007-2008 France/Roumanie/Hongrie/Rép. Tchèque

Thèses soutenues

  1. C. URSU, "CARACTERISATION PAR METHODES OPTIQUES ET
    ELECTRIQUES DU PLASMA PRODUIT PAR
    ABLATION LASER
    ", cotutelle U. Lille 1 - U. "Al. I. Cuza" Iasi (Roumanie), janvier 2010
  2. G. O. POMPILIAN, "PULSED LASER DEPOSITION AND CHARACTERIZATION OF CHALCOGENIDE THIN FILMS", U. Lille 1, juillet 2013

Publications

  1. G. Dascalu, G. Pompilian, B. Chazallon, O. Caltun, S. Gurlui, C. Focsa, “Femtosecond Pulsed Laser Deposition of Cobalt Ferrite Thin Films”, Appl. Surf. Sci., 278, 38 (2013)
  2. L. Balika, C. Focsa, S. Gurlui, S. Pellerin, N. Pellerin, D. Pagnon, M. Dudeck, “Laser ablation in a running Hall Effect Thruster for space propulsion”, Appl. Phys. A, 112, 123 (2013)
  3. G. Pompilian, S. Gurlui, P. Nemec, V. Nazabal, M. Ziskind, C. Focsa, “Plasma Diagnostics in Pulsed Laser Deposition of GaLaS Chalcogenides”, Appl. Surf. Sci., 278, 352 (2013)
  4. G. Dascalu, G. Pompilian, B. Chazallon, V. Nica, O. Caltun, S. Gurlui, C. Focsa, “Rare earth doped cobalt ferrite thin films deposited by PLD”, Appl. Phys. A, 110, 915 (2013)
  5. P. Nica, M. Agop, S. Gurlui, C. Bejinariu, C. Focsa, “Characterization of Aluminum Laser Produced Plasma by Target Current Measurements”, Jpn. J. Appl. Phys., 51, 106102 (2012)
  6. L. Balika, C. Focsa, S. Gurlui, S. Pellerin, N. Pellerin, D. Pagnon, M. Dudeck, “Laser-induced breakdown spectroscopy in a running Hall Effect Thruster for space propulsion”, Spectrochim. Acta B, 74-75, 184 (2012)
  7. S. Gurlui, C. Focsa, “Laser Ablation Transient Plasma Structures Expansion in Vacuum”, IEEE T. Plasma Sci., 39, 2820 (2011)
  8. M. Agop, P. Nica, S. Gurlui, C. Focsa, “Fractal hydrodynamic model of high-fluence laser ablation plasma expansion“, AIP Conf. Proc., 1278, 612 (2010)
  9. R. H. Cimpoesu, G. O. Pompilian, C. Baciu, N. Cimpoesu, C. Nejneru, M. Agop, S. Gurlui, C. Focsa, “Pulsed laser deposition of poly (L-Lactide) acid on nitinol substrate”, Optoelectron. Adv. Mater. Rapid Commun., 4, 2148 (2010)
  10. P. Nica, M. Agop, S. Gurlui, C. Focsa, “Oscillatory Langmuir probe ion current in laser-produced plasma expansion”, Eur. Phys. Lett., 89, 65001 (2010)
  11. C. Ursu, O.G. Pompilian, S. Gurlui, P. Nica, M. Agop, M. Dudeck, C. Focsa, “Al2O3 ceramics under high-fluence irradiation : plasma plume dynamics through space- and time-resolved optical emission spectroscopy”, Appl. Phys. A, 101, 153 (2010)
  12. M. Agop, P.E. Nica, S. Gurlui, C. Focsa, V.P. Paun, M. Colotin, “Implications of an extended fractal hydrodynamic model”, Eur. Phys. J. D, 56, 405 (2010)
  13. P. Nica, P. Vizureanu, M. Agop, S. Gurlui, C. Focsa, N. Forna, P. Ioannou, Z. Borsos, “Experimental and theoretical aspects of Aluminum expanding laser plasma”, Jpn. J. Appl. Phys., 48, 066001 (2009)
  14. C. Ursu, S. Gurlui, C. Focsa, G. Popa, “Space- and time-resolved optical diagnosis for the study of laser ablation”, Nucl. Instrum. Meth. B, 267, 446 (2009)
  15. C. Focsa, P. Nemec, M. Ziskind, C. Ursu, S. Gurlui, V. Nazabal, “Laser ablation of AsxSe100-x chalcogenide glasses : Plume investigations”, Appl. Surf. Sci., 255, 5307 (2009)
  16. S. Gurlui, M. Agop, P. Nica, M. Ziskind, C. Focsa, "Experimental and Theoretical Investigations of a Laser Produced Aluminum Plasma ", Phys. Rev. E, 78, 026405 (2008). Article sélectionné pour publication dans le Virtual Journal of Ultrafast Science (Vol. 7, No. 9, septembre 2008)
  17. C. Focsa, M. Ziskind, C. Ursu, S. Gurlui, D. Pagnon, S.Pellerin, N.Pellerin, M. Dudeck, “Laser – BNSiO2 Ceramics Interaction : Simulation of the Energy Deposition on Dielectric Wall Surfaces in Hall Thrusters”, J. Optoelectron. Adv. Mater., 10, 2380 (2008)