Analyse de l'extrême surface de nanoobjets isolés par XPS

La spectroscopie de photoelectrons X (XPS) est une technique d'analyse de surface tres efficace et qui progresse toujours. Toutefois, lorsqu'elle est appliquee a des nano-objets, cette technique fait face a des inconvenients dus aux interactions avec le substrat et l'echantillon ainsi qu'a des effets de charge 1. Nous presentons une nouvelle approche experimentale de l'XPS basee sur le couplage du rayonnement synchrotron avec un faisceau sous vide de nanoparticules libres, focalise par un systeme de lentilles aerodynamiques 2. Deux exemples d'experiences realisees sur la ligne PLEIADES du synchrotron SOLEIL seront presentes pour illustrer l'efficacite de cette approche schematisee sur la Fig. 1a. Dans le premier exemple, la structure de l'interface Si/SiO2 est ainsi sondee sans aucune interaction avec le substrat sur des nanocristaux de silicium prealablement oxydes a l'air ambiant 1 (Fig. 1b) ou par traitement thermique sous air. La caracterisation complete de la surface a ete obtenue pour differentes tailles de nanocristaux compris entre 4 et 80 nm et pour differents traitements oxydants. La technique permet de sonder la presence des differents etats d'oxydation a l'interface et d'en deduire une epaisseur de la couche d'oxyde. Pour les nanoparticules les plus petites et les plus oxydees, une interface relativement abrupte comportant des doubles liaisons Si=O est mise en evidence. Dans le deuxieme exemple, l'adsorption d'eau a la surface de nanoparticules de TiO2 est etudiee en phase gazeuse 3. Des aerosols secs de TiO2 sont exposes a une pression de vapeur d'eau controlee avant d'etre directement analysees par XPS. La technique permet ici l'observation d'une adsorption majoritairement dissociative de l'eau a la surface du TiO2 dans sa toute premiere phase, mettant en evidence une surface largement recouverte de groupements OH (Fig. 1c).