Lignes synchrotron FAME & FAME-UHD

Equipe-support des lignes FAME "French Absorption Spectroscopy Beamline in Material and Environmental Sciences" et FAME-UHD "French Absorption Spectroscopy Beamline in Material and Environmental Sciences – Ultra High Dilution", à l’ESRF, European Synchrotron Radiation Facility, équipe associée dépendant de l’Institut Néel.

Principe

Les lignes de lumière synchrotron FAME et FAME-UHD sont deux des 5 lignes CRG françaises de l’ESRF. Elles sont dédiées aux études par spectroscopie d’absorption des rayons X. Elles couvrent une large variété d’applications communes de la spectroscopie d’absorption X (XAS) en physique de la matière condensée, en science des matériaux, en biophysique, en chimie, et principalement (plus de 50% du temps de faisceau) en sciences de la Terre et en géochimie, où dans la plupart des cas les éléments sondés sont fortement dilués.

Complémentaires et d’utilisation similaire, ces deux lignes ont néanmoins chacune leurs spécificités.

Ainsi, FAME, ouverte aux utilisateurs depuis septembre 2002, se tourne davantage vers les expériences in-situ, que ce soit en température (haute ou basse), en pression ou sous atmosphères gazeuses contrôlées. La détection de fluorescence est réalisée avec un détecteur résolu en énergie (détecteur Canberra multi-élément de germanium). FAME ferme en juillet 2023 pour 18 mois d’une jouvence à l’issue de laquelle ouvrira FAME-PIX (ligne dédiée à l’EXAFS in-situ et à l’imagerie X par ptychographie).

De son côté, FAME-UHD, ouverte en janvier 2017, est plus particulièrement dédiée à la spectroscopie haute résolution et donc aux très faibles concentrations. On peut ainsi faire des analyses EXAFS à des concentrations de l’ordre de 10ppm, et des analyses XANES au ppm. Pour cela, on utilise un spectromètre constitué de cristaux analyseurs courbes. Ce type de détecteur à haute résolution permet : i) d’étudier des échantillons de plus en plus complexes et ii) d’améliorer et enrichir les informations sur la structure électronique des éléments sondés. Plusieurs nouvelles possibilités scientifiques s’ouvrent ainsi aux utilisateurs de cette deuxième ligne :

  • faire des mesures XAS en fluorescence sur des éléments diluées dans une matrice dont les constituants principaux sont excités devient possible, avec une limite de concentration abaissée,
  • la résolution du seuil d’absorption devient beaucoup plus précise (XANES haute résolution, figure de gauche).
  • l’étude très fine du spectre d’émission radiative de l’élément en fonction de l’énergie des photons incidents devient également possible (mesures RIXS, Resonnant Inelastic X-ray Scattering, figure de droite)
Spectres XANES haute résolution
image RIXS de l’oxyde de cuivre CuO

Équipe

L’équipe OSUG-FAME se compose de 3 IR (Isabelle Kieffer, Olivier Proux et Mauro Rovezzi), 1 IE (Eric Lahéra) et 1 AI (Sophie Min). Un 4ème IR est affecté à l’ICMG (Antonio Aguilar Tapia). Des chercheurs de l’Institut Néel y sont aussi associés. L’ensemble de l’équipe est placé sous la direction de Jean-Louis Hazemann (Institut Néel).

Olivier PROUX
Isabelle KIEFFER
Mauro ROVEZZI
Eric LAHERA
Sophie MIN

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 Ligne FAME
 Ligne FAME-UHD