Laboratoire de Chimie Physique - Matière et Rayonnement PARAMETRIX Rayonnement paramétrique X-UV émis par une cible multicouche périodique Laboratoire de Chimie Physique - Matière et Rayonnement P. Jonnard, DR B. Pilette, IE J.-M. André, IR R. Vacheresse, AI K. Le Guen, MdC R.-T. Lansel-Consul, T

X-UV multilayer interferential mirrors Component that diffracts the light in the X-UV range according to the Bragg law 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 0.1nm X wavelength X-UV 1 eV 10 eV 100 eV 1 keV 10 keV Substrate q l Photon Energy Absorbing material (Mo, W…) d = dABSORBING + dLIGHT d Light material (Si, C, B4C…) Bragg law : 2d sinq = pl Institut d’Optique - Palaiseau S. de Rossi, F. Delmotte

Origine et nature du Rayonnement Paramétrique Origine : interaction électron-atome --> « polarization bremsstrahlung » --> rayonnement émis par des courants de polarisation induits par un électron Nature : rayonnement de type quasi-Cherenkov dans un milieu matériel inhomogène Condition pour le RP : milieu diffractant --> structure périodique: cristal, miroir interférentiel Photon réel Electron Electron e Atome Atome

Le rayonnement paramétrique Emission d’une radiation quasi-monochromatique de longueur d’onde l q Electrons Rayonnement paramétrique Résonance : condition de Bragg d

Historique du RP X et X-UV émis par un miroir interférentiel multicouche (MIM) 1984: Kaplan et Datta (Appl. Phys. Lett. 44 ) proposent d’utiliser un MIM pour produire du Rayonnement de Transition X (RTX) 1989: André et Pardo (Phys. Rev. A 40) donne un modèle théorique dans le cadre de l’EM des milieux continus pour le RTX émis par un MIM. Le modèle prévoit aussi des résonances dans les conditions de diffraction de Bragg 1992: André, Barchewitz , Pardo, et Bonnelle (VUV 10 & J. Optics 24/1993) donnent le principe d’une source RPX à partir d’un MIM 2000-2002: Kaplin et al. (collaboration américano-russe/ Appl. Phys. Lett. 76 & 80) observent du RPX dans le domaine X dur (5-16 keV) à partir d’un MIM 1999-2001: Pardo et André (Phys. Rev. E 63 & 65 ) donnent un modèle théorique « exact » dans le cadre de l’EM des milieux continus pour rentre compte du RTX et RPX émis par un MIM ; le modèle rend compte des expériences de Kaplin et al.

Observation of PR from a W/B4C multilayer target 300 bilayers [W (0.5 nm)/ B4C (0.7 nm)] 2° Emission of PR 500 MeV Electron beam V. V Kaplin et coll. , Appl. Phys. Lett. 76, 3647 (2000)

Bibliographie sources de RP et de rayonnement de transition Yamada et al. Mirrorcle 20X (Toyosugi, Yamada) Nasonov et Kaplin Type de rayonnement RTR X TR RP X / TR X (phénomènes concurrents) Energie électrons sources 15 MeV (LINAC) 20 MeV (anneau de stockage) 500 MeV Cible MC 176 nm Ni/221 nm C Feuille 200 nm Al Cristal/ Multicouches W-B4C Energie rayonnement généré 2 à 4 keV 13,6 nm ~91 eV MultikeV Puissance Rendement : ~10-5 ph/e- 290 mW Rendements : 10-4 à 10-3 ph/e- multicouche 10-6 à 10-5 ph/e- cristal Référence Yamada et al, Phys. Rev. A 59, 3673 (1999) Toyosugi et al., J. Sync. Rad 14, 212 (2007) Nasonov et al., Phys. Rev. E 68, 036504 (2003)

Expérience RP dans le domaineX-UV avec canon à électrons: le projet T+ Detection et analyse : Caméra CCD, detecteur X-UV, Spectro WDS ou EDS, interferomètre Rayonnement X-UV Par exemple pour la photolitho-gravure à 13 nm Electrons Canon 0-100 kV 1 mA Multicouche Financement par l’ANR-Projet Blanc (500 keuros sur 3 ans: 2011-2014) Séminaire G. Turk, 31 janvier 2012

Expérience T+: « design » Caméra CCD Canon à électrons Manipulateur+Cible « Beam stop » Pas d'installation « table-top »de ce type : - synchrotron ; machinerie « lourde », se prête peu à l'industrialisation - interaction laser-plasma : seuils d'émission discrets, caractère accordable non disponible

Puissance de l’émission XUV Expérience dans une gamme intermédiaire (100 keV / T+ –– 15 MeV / Yamada) PHIL 3 – 5 MeV

PARAMETRIX Expérience préliminaire simple devant montrer la faisabilité de la production de rayonnement paramétrique sur accélérateur Buts Mesure de la « figure de diffraction » du rayonnement émis Mise en évidence des verrous techniques Design PHIL 3 MeV Multicouche Mo/Si optimisée pour 92 eV Imagerie de la figure de diffraction via un scintillateur YAG

Design Test de vide ≈ 10-6 mbar Croix ISO 63 Caméra visible Déjà deux visites: 19 juillet et 13 décembre 2012 Multicouche Mo/Si déposée sur membrane Si3N4

Simulations mm 8 mm mm distance multicouche – écran en mm 40

Simulations Intensité max ≈ 1,5 10-4 photon / (e- Sr eV) 1 10-5 mW / eV 8 mm 100 pC 3 10-5 Sr ∆E ≈ 5 eV YAG ≈ 1 vis. / 1 X-UV 1000 ph X-UX et vis. dans le maximum par impulsion Rendement YAG ≈ 10^4 ph/MeV, soit un photon visible créé pour un photon X-UV de 100eV. Dimension YAG ≈ 8mm x 20 mm. Angle solide ≈ 8*20/(40^2)=0,1 Sr. Dimension du pic max ≈ 0,2 mm x 0,2 mm. Angle solide ≈ 3 10-5 Sr. ∆E 5Mo/Si en incidence normale à 92 eV) ≈ 5eV (je considère la même largeur pour 45°) PHIL avec fenêtre: <100 pC (6 10^9 e-) par pulse; répétition 5Hz; durée de l’impulsion 8 ps: 1,5 10^-4 ph / e- / Sr / eV ≈ 10^6 ph / Sr / eV ≈ 200 ph / eV ≈ 1000 ph.

Possibles problèmes Simulation pour un électron: effet sur la figure de diffraction de la convolution par la distribution spatiale, angulaire et en énergie du faisceau incident Pression dans la chambre d’expérience nécessitant une fenêtre d’entrée: élargissement du faisceau incident Multicouche déposée sur une membrane de 5 mm x 5 mm entouré d’un cadre épais de 500 µm d’épaisseur: production de rayonnement X dur rendant difficile l’observation du RP Environnement radiatif X rendant difficile l’observation du RP …