Pour analyser un échantillon par spectrométrie ionique, il faut au préalable extraire des atomes de sa surface et les ioniser. On obtient ainsi non seulement des ions « individuels » mais aussi des « agrégats » ionisés, avec un degré d'ionisation simple ou multiple, et en particulier des « dications » porteurs de deux charges positives, qui sont généralement instables et dont les propriétés sont pour cette raison mal connues.
Pour en savoir plus, des chercheurs ont mis en œuvre une technique de sonde atomique tomographique, qui est utilisée pour observer la distribution spatiale des atomes dans un matériau. L'échantillon est une fine pointe en carbure de tungstène (WC) qui est évaporée, par couches atomiques successives, sous l'effet d'un champ électrique très intense, pulsé, assisté par une impulsion laser. Les ions C+ et W+ sont ensuite identifiés par une mesure de « temps de vol ».
Dans l'expérience, des dications Cn2+ sont aussi formés mais seuls sont mesurés la position sur le détecteur et l'instant d'arrivée des produits de leur dissociation (Cn-1+ et C+). À partir de ces données, l'équipe de modélisation du Cimap a pu reconstituer la fragmentation des espèces Cn2+ grâce à des simulations ab initio de la structure électronique des ions, couplées à la modélisation des trajectoires des ions, de la pointe jusqu'au détecteur.
Leurs résultats (durées de vie, voies de dissociation, etc.) permettront d'affiner l'interprétation de techniques comme le SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy), le MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation) ou le FIB (Focused Ion Beam).
Ces travaux du Cimap (Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique), à Caen, ont été réalisés en collaboration avec le Groupe de physique des matériaux de l'Université de Rouen et l'Institut Max-Planck de sidérurgie de Düsseldorf (Allemagne).