Spectroscopie des rayons XLa spectroscopie des rayons X rassemble plusieurs techniques de caractérisation spectroscopique de matériaux par excitation par rayons X. Trois familles de techniques sont le plus souvent utilisées. Selon les phénomènes mis en jeu, on distingue trois classes : L'analyse se fait par l'une des deux méthodes suivantes : analyse dispersive en énergie (Energy-dispersive x-ray analysis (EDXA) en anglais) ; analyse dispersive en longueur d'onde (Wavelength dispersive x-ray analysis (WDXA) en anglais).
Spectrométrie de fluorescence des rayons Xthumb|Analyseur portatif (Olympus Delta Professional XRF donnant la quantité de contaminants métalliques ou métalloïdes dans le sol. contaminants préoccupants recherchés sont ici le plomb, le mercure, le cadmium et l'arsenic. La spectrométrie de fluorescence des rayons X (SFX ou FX, ou en anglais XRF pour X-ray fluorescence) est une technique d'analyse chimique utilisant une propriété physique de la matière, la fluorescence de rayons X.
Spectrométrie photoélectronique Xvignette|upright=1.4|Machine XPS avec un analyseur de masse (A), des lentilles électromagnétiques (B), une chambre d'ultra-vide (C), une source de rayon X (D) et une pompe à vide (E) La spectrométrie photoélectronique X, ou spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (en anglais, X-Ray photoelectron spectrometry : XPS) est une méthode de spectrométrie photoélectronique qui implique la mesure des spectres de photoélectrons induits par des photons de rayon X.
SpectroscopieLa spectroscopie, ou spectrométrie, est l'étude expérimentale du spectre d'un phénomène physique, c'est-à-dire de sa décomposition sur une échelle d'énergie, ou toute autre grandeur se ramenant à une énergie (fréquence, longueur d'onde). Historiquement, ce terme s'appliquait à la décomposition, par exemple par un prisme, de la lumière visible émise (spectrométrie d'émission) ou absorbée (spectrométrie d'absorption) par l'objet à étudier.
Spectrométrie d'absorptionLa spectrométrie d'absorption est une méthode de spectroscopie électromagnétique utilisée pour déterminer la concentration et la structure d'une substance en mesurant l'intensité du rayonnement électromagnétique qu'elle absorbe à des longueurs d'onde différentes. La spectroscopie d'absorption peut être atomique ou moléculaire. Comme indiqué dans le tableau précédent, les rayonnements électromagnétiques exploités en spectroscopie d'absorption moléculaire vont de l'ultraviolet jusqu'aux ondes radio : La couleur d'un corps en transmission (transparence) représente sa capacité à absorber certaines longueurs d'onde.
Rayon Xvignette|upright|Une des premières radiographies, prise par Wilhelm Röntgen. alt=Rayon X des poumons humains|vignette|189x189px|Rayon X des poumons humains. Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont l'énergie varie d'une centaine d'eV (électron-volt), à plusieurs MeV. Ce rayonnement a été découvert en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il lui donna le nom habituel de l'inconnue en mathématiques, X.
Spectrométrie gammaLa spectrométrie gamma est une technique de mesure nucléaire permettant d'identifier certains éléments radioactifs par la mesure de l'énergie des rayonnements gamma qu'ils émettent. Elle diffère de la technique du compteur Geiger, qui ne détecte que la présence de rayonnements gamma sans fournir d'information sur la nature de la source détectée. La mesure par spectrométrie gamma permet de construire des spectres, qui sont des histogrammes donnant les quantités de photons détectés en fonction de leur énergie.
Spectroscopie laser ultrarapideLa spectroscopie laser ultrarapide est une technique spectroscopique qui utilise des lasers à impulsions ultracourtes pour l'étude de la dynamique sur des échelles de temps extrêmement courtes, de l'attoseconde (10−18 s) à la nanoseconde (10−9 s). Différentes méthodes sont utilisées pour examiner la dynamique des porteurs de charge, des atomes et des molécules. De nombreuses procédures différentes ont été développées pour différentes échelles de temps et différentes plages d'énergie des photons ; quelques méthodes courantes sont énumérées ci-dessous.
Spectroscopie RamanLa spectroscopie Raman (ou spectrométrie Raman) et la microspectroscopie Raman sont des méthodes non destructives d'observation et de caractérisation de la composition moléculaire et de la structure externe d'un matériau, qui exploite le phénomène physique selon lequel un milieu modifie légèrement la fréquence de la lumière y circulant. Ce décalage en fréquence dit l'effet Raman correspond à un échange d'énergie entre le rayon lumineux et le milieu, et donne des informations sur le substrat lui-même.
État fondamentalL'état fondamental est, en physique, une notion polysémique renvoyant généralement à un état de plus basse énergie pour un électron, ou de plus grande neutralité électrique pour un atome.vignette|Différents niveaux d'énergie d'un électron dans un atome : l'état fondamental et les états excités. Après avoir absorbé de l'énergie, un électron peut passer de l'état fondamental à un état excité de plus haute énergie. En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie.
Spectrométrie d'absorption des rayons XLa spectrométrie d'absorption des rayons X est une spectrométrie d'absorption qui aide à déterminer la structure d'un matériau. Elle a l'avantage d'être sélective quant à l'espèce atomique observée. Au début du siècle, la technique de spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) (SAX) n’était pas assez avancée pour représenter le futur de la science. Son avancement est surtout dû à des chercheurs avec énormément de motivation, mais n’ayant pas les capacités d’expliquer la théorie derrière un phénomène.
Spectroscopie Mössbauerthumb|right|250px|Spectre Mössbauer du 57Fe La spectroscopie Mössbauer est une méthode de spectroscopie basée sur l'absorption de rayons gamma par les noyaux atomiques dans un solide. Par la mesure des transitions entre les niveaux d'énergie de ces noyaux, elle permet de remonter à différentes informations sur l'environnement local de l'atome. Elle doit son nom à Rudolf Mössbauer qui en a posé les bases en 1957 en démontrant l'existence de ces phénomènes d'absorption résonante sans effet de recul, ce qu'on appelle aujourd'hui l'effet Mössbauer.
Auger electron spectroscopyAuger electron spectroscopy (AES; pronounced oʒe in French) is a common analytical technique used specifically in the study of surfaces and, more generally, in the area of materials science. It is a form of electron spectroscopy that relies on the Auger effect, based on the analysis of energetic electrons emitted from an excited atom after a series of internal relaxation events. The Auger effect was discovered independently by both Lise Meitner and Pierre Auger in the 1920s.
SinguletLa notion de « singulet » prend un sens différent selon qu'on l'utilise dans le domaine de la physique ou de la chimie. En physique théorique, un singulet peut faire référence à une représentation uni-dimensionnelle (par exemple une particule dont le spin disparaît). deux ou plusieurs particules corrélées de telle façon que le moment angulaire total de l'état soit égal à zéro. En physique atomique, les singulets sont fréquemment présentés comme l'une des deux façons de combiner le spin de deux électrons, l'autre étant le triplet.
SpinLe 'spin' () est, en physique quantique, une des propriétés internes des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. Comme d'autres observables quantiques, sa mesure donne des valeurs discrètes et est soumise au principe d'incertitude. C'est la seule observable quantique qui ne présente pas d'équivalent classique, contrairement, par exemple, à la position, l'impulsion ou l'énergie d'une particule. Il est toutefois souvent assimilé au moment cinétique (cf de cet article, ou Précession de Thomas).
Interaction spin-orbitevignette|Structures fines et hyperfines dans l'hydrogène. Le couplage des différents moments cinétiques conduit à la division du niveau d'énergie. Non dessiné à l'échelle. Le moment cinétique de spin électronique, S est couplé au moment cinétique orbital électronique, L, pour former le moment angulaire électronique total , J. Celui-ci est ensuite couplé au moment cinétique de spin nucléaire, I, pour former le moment cinétique total, F. Le terme symbole prend la forme 2S+1L avec les valeurs de L représentées par des lettres (S,P,D ,F ,G,H,.
Excitation (physique)En physique, on appelle excitation tout phénomène qui sort un système de son état de repos pour l'amener à un état d'énergie supérieure. Le système est alors dans un état excité. Cette notion est particulièrement utilisée en physique quantique, pour laquelle les atomes possèdent des états quantiques associés à des niveaux d'énergie : un système est dans un niveau excité lorsque son énergie est supérieure à celle de l'état fondamental. Un électron excité est un électron qui possède une énergie potentielle supérieure au strict nécessaire.
Spin quantum numberIn physics, the spin quantum number is a quantum number (designated s) that describes the intrinsic angular momentum (or spin angular momentum, or simply spin) of an electron or other particle. It has the same value for all particles of the same type, such as s = 1/2 for all electrons. It is an integer for all bosons, such as photons, and a half-odd-integer for all fermions, such as electrons and protons. The component of the spin along a specified axis is given by the spin magnetic quantum number, conventionally written ms.
Tube à rayons XLes tubes à rayons X sont des dispositifs permettant de produire des rayons X, en général pour trois types d'applications : radiographie et tomographie (, science des matériaux) ; Cristallographie aux rayons X (diffraction de rayons X, voir aussi l'article Diffractomètre) ; analyse chimique élémentaire par spectrométrie de fluorescence des rayons X. Il existe plusieurs types de tubes. Quel que soit le type de tube, la génération des rayons X se fait selon le même principe.
État tripletvignette| Exemples d'états singulet, doublet, triplet. En chimie quantique, un état triplet caractérise un atome ou une molécule ayant deux électrons non appariés de spin parallèle ( ou ) chacun sur une orbitale atomique propre, de telle sorte que leur multiplicité de spin soit égale à . On peut observer un état triplet par exemple lorsqu'un électron est excité et occupe une orbitale de niveau d'énergie plus élevé qu'à son état fondamental : si le spin de cet électron change de sens, il forme, avec l'électron auquel il était apparié, un système de deux électrons célibataires aux spins parallèles.
