Site de Forbach

Laboratoire de Spectrométrie de Masse et de Chimie Laser (LSMCL- EA 1094) sur le site du département « Science et Génie des Matériaux » de l'IUT de Moselle est à Forbach.

Un enseignant-chercheur : Nouari CHAOUI (MCF - HDR)
Un doctorant : Nicolas BARTHEN

L'activité du LSMCL à Forbach s'articule autour de 3 axes :

L'élaboration de couches minces épitaxiées ou nanostructurées par ablation/déposition laser réactive;
Le diagnostic par spectroscopie d'émission en temps et en espace résolue de plasma issus de l'interaction d'un laser avec un matériau cible;
Le traitement de surface par laser (nitruration, oxynitruration).

Ces expériences ont en commun un bâtit sous vide modulable permettant d'effectuer des expériences sous atmosphère contrôlée et deux lasers Nd-YAG délivrant des impulsions courtes (4 ns) et ultracourtes (30 ps). Elaboration de couches minces par ablation/déposition laser réactive La technique consiste à déposer des couches minces d'un matériau cible vaporisé par un laser à impulsions, en atmosphère contrôlée, sur un substrat placé en vis-à-vis (Fig. 1).

Figure 1 : Schéma de principe de l'ablation/déposition laser et vue d'ensemble du dispositif.

Imagerie rapide et de spectroscopie d'émission en temps et en espace résolue

Il est constitué d'un spectromètre imageur équipé d'une caméra CCD intensifiée à ouverture rapide. Cette technique permet d'effectuer des mesures spatiales, temporelles et spectrales de l'expansion du plasma résultant de l'interaction d'un laser à impulsion avec une cible. Elle permet en particulier de distinguer de manière individuelle la dynamique d'expansion des espèces neutres et excitées avec une résolution temporelle jusqu'à 2 ns (Fig.2).

Figure 2 : Image rapide d'un plasma issu de l'interaction d'un laser avec une cible de titane métal sous atmosphère d'oxygène (10 Pa),
500 ns après l'impulsion avec une résolution temporelle de 5 ns. Spectre d'émission correspondant mettant en évidence l'excitation de l'oxygène par les espèces excitées de Ti grâce à la résolution spatiale (axe vertical).

Traitement de surface d'alliages métalliques par laser

Il permet la nitruration et l'oxynitruration d'alliages métalliques grâce à l'adjonction sur le bâtit sous vide d'une source plasma micro-onde d'atomes d'azote. Ceci constitue l'originalité de cette technique par rapport aux méthodes conventionnelles de nitruration assistée par laser. Outre la plus grande réactivité des atomes d'azote, l'utilisation d'une telle source permet de diminuer grandement l'énergie du laser nécessaire à la nitruration permettant ainsi de préserver la topologie de la surface et les propriétés de volume du matériau traité.

Moyens de caractérisation

Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier équipé d'un accessoire micro-ATR diamant (Specac-Golden Gate) ;
Microscope électronique à balayage à pointe de W (Jeol JSM 6390) équipé d'un
détecteur à dispersion en énergie X de type SDD (Bruker - Xflash 4010) ;
Diffractomètre de rayon X (Bruker - D8 Advance) en configuration Bragg-Brentano
équipé de sources Cu ou Co et d'un détecteur linéaire (Lynx Eye) ;
Banc de mesure d'effet Hall ;
Dispositif de mesure d'angle de contact.