1. Electronic sputtering of solid N2 by swift ions
- Author
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J. Duprat, Emmanuel Dartois, J. Rojas, T. Id Barkach, B. Augé, Hermann Rothard, Ph. Boduch, Marin Chabot, Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (ISMO), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and ANR-18-CE31-0011,COMETOR,Origine de la poussière cométaire(2018)
- Subjects
[PHYS]Physics [physics] ,Nuclear and High Energy Physics ,Materials science ,Infrared ,Solid N2 ,Solid N 2 ,02 engineering and technology ,021001 nanoscience & nanotechnology ,01 natural sciences ,Heavy ions ,Ion ,Sputtering ,0103 physical sciences ,Electronic sputtering ,Stopping power (particle radiation) ,Radiation chemistry ,Irradiation ,Sputtering crater ,Thin film ,Atomic physics ,0210 nano-technology ,Spectroscopy ,010303 astronomy & astrophysics ,Instrumentation ,Order of magnitude - Abstract
Most sputtering yield measurements for solid N 2 are reported for stopping powers lower than 10 − 13 eV cm 2 /molecule. We measured the sputtering yield for solid N 2 at stopping powers, in the electronic regime, above 10 − 12 eV cm 2 /molecule, extending the range of such measurements by more than an order of magnitude, using a 33 MeV 58Ni 9 + swift heavy ions beam. The evolution of the thin N 2 ice films was monitored in-situ by mid-infrared spectroscopy (FTIR) during irradiation. As N 2 is only weakly infrared active, and can be hardly monitored directly via an infrared absorption mode in such experiments, we use the Fabry–Perot interference fringes of the ice film to evaluate, via an optical model, the erosion of the N 2 film as a function of ion fluence. A sputtering model including several sputtering crater shapes is developed and tested against experimental data. We derive the sputtering yield for a semi-infinite N 2 ice film and its dependence with the ice thickness for thin film conditions, monitoring the N 2 ice sputtering depth. We combine the results with previous measurements at lower stopping powers to derive the electronic sputtering of solid N 2 over a large stopping power range.
- Published
- 2020
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