La
buse à double jet pulsé TwinJet™ d'Ideal Spectroscopy est une source de faisceaux moléculaires à deux précurseurs de pointe, conçue pour produire des molécules hautement réactives difficiles, voire impossibles à générer avec une buse à jet unique classique. La TwinJet intègre deux vannes pulsées haute vitesse indépendantes, deux canaux d'alimentation en gaz distincts et deux sections de décharge alimentées indépendamment, convergeant vers une zone de mélange commune près du col de la tuyère d'expansion supersonique.
Chaque canal du TwinJet peut transporter un précurseur chimique différent, dilué à faible concentration dans un gaz tampon inerte haute pression tel que l'argon ou l'hélium. Les deux mélanges de précurseurs restent physiquement séparés dans leurs vannes et passages de refoulement respectifs, empêchant ainsi les réactions prématurées et permettant le traitement de mélanges de gaz instables, incompatibles, corrosifs ou hautement réactifs sous forme de flux indépendants.
Chaque canal peut fonctionner avec sa décharge activée ou désactivée. Le calage des vannes, le calage de la décharge, la concentration du précurseur, le choix du gaz tampon, la pression de refoulement et les conditions de décharge sont réglables indépendamment pour chaque canal. Les chercheurs peuvent décharger les deux flux de précurseurs, un seul flux, ou introduire l'un ou l'autre flux sans décharge, selon la voie réactionnelle étudiée.
Après avoir traversé leurs zones de décharge respectives, les deux flux gazeux pénètrent dans une courte zone de mélange au niveau du col de la buse. Les fragments réactifs formés dans les canaux séparés se combinent juste avant que le mélange ne subisse une détente en jet libre dans la chambre à vide. Ce temps de réaction très court favorise la formation de la molécule transitoire souhaitée tout en minimisant la décomposition du précurseur, les réactions de paroi et les réactions secondaires indésirables.
L'expansion supersonique qui en résulte refroidit rapidement les produits de la réaction pour former un faisceau moléculaire pulsé contenant des radicaux à rotation froide et des intermédiaires réactifs. Le TwinJet est parfaitement adapté à
la fluorescence induite par laser (LIF) ,
à la fluorescence dispersée (DF) , à la spectroscopie d'émission et à d'autres techniques de spectroscopie moléculaire en phase gazeuse nécessitant la production contrôlée d'espèces moléculaires à courte durée de vie.
Une application représentative utilise un mélange dilué de disilane (
Si₂H₆ ) dans de l'
argon dans un canal et un mélange dilué d'oxygène (
O₂ ) dans de l'argon dans un second canal. Les flux précurseurs sont déchargés séparément et les produits résultants sont mélangés immédiatement avant la détente. Cette approche a permis la première identification spectroscopique en phase gazeuse de l'hydroxysilylène (HSiOH).
Ces travaux ont été rapportés par Tyler J. Herman, Fumie X. Sunahori, Tony C. Smith et Dennis J. Clouthier dans
Hydroxysilylene (HSi-OH) in the Gas Phase , Journal of Chemical Physics , Volume 162, Article 044301 (2025), DOI: 10.1063/5.0249684. L'étude a démontré que les signaux LIF les plus forts et les plus stables étaient obtenus en déchargeant deux flux de précurseurs indépendants et en fusionnant les produits de décharge immédiatement avant l'expansion dans le vide.
La même approche TwinJet a également été utilisée avec succès pour générer des molécules transitoires auparavant non observées à partir de flux de précurseurs séparés, notamment HSnCl et HSnBr, démontrant ainsi l'intérêt d'isoler les précurseurs jusqu'à l'étape finale de mélange et d'expansion.
Deux
contrôleurs de décharge pulsée Ideal Spectroscopy PDD-100 sont utilisés pour piloter indépendamment les sections de décharge du TwinJet. Le déclenchement compatible TTL permet de synchroniser les deux décharges avec les vannes pulsées, le laser d'excitation, le détecteur et le système d'acquisition de données ou de synchronisation du laboratoire.
Caractéristiques:- Deux vannes pulsées à haute vitesse indépendantes
- Deux canaux de précurseur et de gaz tampon isolés
- Deux sections de décharge alimentées indépendamment
- Maintient les précurseurs incompatibles ou réactifs séparés jusqu'à leur utilisation.
- Permet le rejet de l'un ou l'autre, des deux ou d'aucun des flux précurseurs.
- Optimisation indépendante du calage des vannes, du calage de l'éjection et des conditions de fonctionnement
- Mélange rapide à la gorge de la tuyère supersonique
- Minimise les réactions prématurées et la décomposition des précurseurs
- Produit des radicaux, des molécules transitoires et des intermédiaires réactifs.
- Refroidissement supersonique rapide pour les faisceaux moléculaires froids en rotation
- Fonctionne avec deux pilotes de décharge pulsée Ideal Spectroscopy PDD-100
- Convient aux techniques de spectroscopie LIF, DF, d'émission et aux techniques de spectroscopie en phase gazeuse apparentées.
- Démontré par la première identification spectroscopique en phase gazeuse de l'hydroxysilylène (HSiOH)
Applications personnalisées en science des matériaux et traitement de surface : Au-delà de la spectroscopie moléculaire, les plateformes
SpectraJet™ et
TwinJet™ peuvent être adaptées aux applications expérimentales en science des matériaux nécessitant l'introduction, l'activation, le mélange ou l'expansion contrôlée de précurseurs gazeux et d'espèces réactives dans une chambre à vide. Parmi les applications potentielles en recherche figurent les expériences sur faisceaux moléculaires pulsés et réactifs, les études de réactions gaz-surface, le criblage de précurseurs, le traitement de surface assisté par radicaux, le développement de couches minces et de revêtements, la formation de nanoparticules ou d'agrégats, ainsi que la recherche en épitaxie assistée par plasma, utilisant des sources de gaz ou des procédés hybrides.
La configuration
TwinJet™ à contrôle indépendant est particulièrement avantageuse lorsque deux précurseurs doivent rester isolés jusqu'à leur activation ou leur mélange à proximité de la sortie de la buse. Les systèmes de dépôt présentant une grande variabilité en termes de pression de fonctionnement, de débit de gaz, de géométrie du substrat, de température de fonctionnement, de compatibilité des matériaux, de distance du faisceau et d'exigences de contrôle du procédé, ces produits doivent être évalués et configurés pour chaque application spécifique.
Ideal Vacuum accepte les demandes de conception sur mesure de sources, buses, électrodes, vannes, montages, traversées, systèmes de chauffage, de refroidissement et de contrôle pour de nouvelles applications de traitement du vide et de recherche sur les matériaux avancés.
Le TwinJet offre aux laboratoires de spectroscopie moléculaire une plateforme flexible pour explorer des voies réactionnelles inaccessibles par prémélange de précurseurs dans une seule bouteille de gaz ou vanne pulsée. Il est conçu pour aider les chercheurs à évaluer rapidement de nouvelles combinaisons de précurseurs, à optimiser la production d'espèces réactives et à identifier de nouvelles molécules dans des conditions de phase gazeuse froide et isolée.
