INTERACTION GAZ-SURFACES (FROIDES):

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1 INTERACTION GAZ-SURFACES (FROIDES): 1) DÉSORPTION THERMIQUE: EFFET DE COUVERTURE IMPORTANCE ASTRO?! 2) DÉSORPTION CHIMIQUE ATELIER LERMA - PARIS - F. DULIEU - 3 NOVEMBRE 2014

2 DÉSORPTION- ADSORPTION ET DIFFUSION z x Désorption <=> Adsorption : Energie perpendiculaire à la surface. Diffusion: parallèle à la surface. Ediff= X Edes (limite des modèles actuels)

3 DÉSORPTION ET TEMPÉRATURE La température n est pas significative, le flux, voire l énergie d adsorption le sont.

4 DÉSORPTION ET TEMPÉRATURE La température n est pas significative, le flux, voire l énergie d adsorption le sont.

5 DÉSORPTION SURFACE AMORPHE D 2 déposé à 10K puis désorbé en chauffant l échantillon : TPD

6 SURFACE «AMORPHE» x x

7 CO SUR H 2 O: EFFET DE COUVERTURE Voir Noble et al 2012 (MNRAS) Energie «multicouche» 850 K Energie «plus probable» 1100 K Energie «faible couche» 1350 K (c) Doronin (c) Dulieu expériences de M. Doronin, sept 2014 sur SPICES

8 CO SUR H 2 O: EFFET DE COUVERTURE Voir Noble et al 2012 (MNRAS) Energie «multicouche» 850 K Energie «plus probable» 1100 K Energie «faible couche» 1350 K On peut donc «choisir» une large variété d énergie d adsorption. Tout dépend de ce qu est la surface et ce qui est sur la surface! Remarque: Caselli et al 2002 avait choisi de prendre des énergies d adsorption de N 2 et CO distinctes

9 MÉLANGES CO/O 2 EN SOUS- MONOCOUCHE (c) Noble, Diana et al in prep. Expériences FORMOLISM Simulé avec statistique «Fermi-Dirac» CO et O 2 ont des énergies de multilayers et sub-layer voisines Mais O2 est systématiquement repoussé par CO Résultats identiques avec CO/N 2 C est l effet de ségrégation (Dulieu et al, CPL, 2005)

10 INTÉRÊT ASTRO? «Ligne d accrétion» quand le flux entrant = flux désorbé Température surface Grain nu Grain coated H2O Grain coated CO Log Densité CO (gaz) «Remplissage» progressif principalement avec CO Chimie en surface possible dès K pour CO, pas N2, O 2 O 2 et N 2 maintenu dans gaz jusqu à couche CO complète Mais déplétion <15K

11 CHEMICAL DESORPTION (c) Dulieu et al, Nature Sci. Rep. 2013

12 Exposure of 0.3 ML of O Variable surface temperatures Minissale et al PRL 2013 O 2 /O 3 ratio O 2 changes with the surface temperature O 3

13 [O+O] Texte CD is dependent on the type of substrate CD close to 0 for ices CD variable but similar behavior for silicates and O-graphite

14 What could be the mechanism of chemical desorption? Source of energy: Enthalpy of formation (60,000 K)? Key point: how the initial energy is converted in?

15 Chemical desorption, effect of coverage (c) Minissale&Dulieu, JCP 2014 Exposure of 0.5 ML of O on pre-adsorbed N2 O O2 N2 N2

16 What could be the mechanism of chemical desorption? Source of energy: Enthalpy of formation (50,000 K) Chemical desorption : 4 parameters? - Chemical energy available - Adsorption energy of products - Degree of freedom - Energy transfert to the substrate (or neighbor)? Key point: how the initial energy is converted in?

17 Physical properties ruling out the chemical desorption e = 80% f <5% CD of O + O > O2 CD of O2 + O > O3 CD O O D Type of reaction Ebinding ! Exchange with the substrate (elast. coll.) N deg. of freedom eps* (masse)

18 Energy transfert Classical momentum exchange? m E M E M = 130 amu, case of hyperthermal scattering of O2 on graphite see Hayes et al, 2012

19 Equipartition of energy Parameters of the reaction DH R Heat of reaction N : Degree of freedom of all the products! Parameters of the product eps : fraction of energy available after collision with surface Ebinding : Binding energy (c) M. Minissale thesis

20 Equipartition of energy OK if N is included in the formulae CD should be mass dependent Good fit for an effective mass (surface) of 130 Explain why the coverage reduce the CD Possible under estimation of OH, H2O CD

21 Few predictions Based upon equipartition, and effective mass of 120 (Bare grains) CH CH 0.5 % H HCO+H 6.5 % CO HCO+H 40 % N N+N 84 % O O+O 66 % OH O+H 40 % H H+H 90 %

22 CONCLUSION ABOUT CHEMICAL DESORPTION Chemical desorption can be efficient but does not explain COM s in the gas phase There are 4 main parameters - Chemical energy available - Adsorption energy of products - Degree of freedom - Energy transfert to the substrate (or neighbor) Equipartition of energy describe properly the experiments (in the limit of large experimental errors.) Water ice reduces strongly the CD [- 20 to 500%] Indirect CD is not efficient