Étude des plasmas créés par l'interaction laser X-matière PDF Download
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Author: Eric Galtier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 189
Book Description
Cette thèse met à profit l'émergence des nouvelles sources de lumière de 4ème génération, les lasers à électrons libres, pour créer et caractériser un état de matière sous conditions extrêmes encore mal connu: la matière dense et tiède (WDM). Une expérience a permis d'étudier les transitions entre les différentes phases solide/WDM/plasma et de caractériser le mécanisme responsable de la thermalisation. L'impulsion laser XUV FLASH, de durée et d'énergie égales à environ 20 femtosecondes et 30 J respectivement, est micro-focalisée sur une cible solide et entraîne un chauffage isochore. L'intensité, supérieure à 1016 W.cm-2, n'a encore jamais été atteinte dans un tel contexte expérimental. Les spectres d'émission d'un plasma d'aluminium sont étudiés pour la première fois à l'aide d'un code couplant un algorithme génétique et un code de physique atomique, afin de remonter à l'évolution temporelle complète de l'interaction entre le laser XUV et la matière solide, et ce malgré l'intégration temporelle des spectres expérimentaux. La première preuve expérimentale de l'importance de l'effet Auger est établie pour le chauffage isochorique d'une cible d'aluminium. La première observation de l'émission X d'une cible de nitrure de bore irradiée sous conditions extrêmes a donné lieu à une étude préliminaire du phénomène. En parallèle, l'effet des électrons supra-thermiques sur la distribution des populations électroniques dans les niveaux d'énergie des ions est analysé et montre une importante similitude avec le processus de photo-ionisation à l'œuvre dans l'interaction laser XUV-matière.
Author: Eric Galtier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 189
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Cette thèse met à profit l'émergence des nouvelles sources de lumière de 4ème génération, les lasers à électrons libres, pour créer et caractériser un état de matière sous conditions extrêmes encore mal connu: la matière dense et tiède (WDM). Une expérience a permis d'étudier les transitions entre les différentes phases solide/WDM/plasma et de caractériser le mécanisme responsable de la thermalisation. L'impulsion laser XUV FLASH, de durée et d'énergie égales à environ 20 femtosecondes et 30 J respectivement, est micro-focalisée sur une cible solide et entraîne un chauffage isochore. L'intensité, supérieure à 1016 W.cm-2, n'a encore jamais été atteinte dans un tel contexte expérimental. Les spectres d'émission d'un plasma d'aluminium sont étudiés pour la première fois à l'aide d'un code couplant un algorithme génétique et un code de physique atomique, afin de remonter à l'évolution temporelle complète de l'interaction entre le laser XUV et la matière solide, et ce malgré l'intégration temporelle des spectres expérimentaux. La première preuve expérimentale de l'importance de l'effet Auger est établie pour le chauffage isochorique d'une cible d'aluminium. La première observation de l'émission X d'une cible de nitrure de bore irradiée sous conditions extrêmes a donné lieu à une étude préliminaire du phénomène. En parallèle, l'effet des électrons supra-thermiques sur la distribution des populations électroniques dans les niveaux d'énergie des ions est analysé et montre une importante similitude avec le processus de photo-ionisation à l'œuvre dans l'interaction laser XUV-matière.
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L'ABLATION LASER COUPLEE A LA SPECTROMETRIE D'EMISSION OPTIQUE EST UNE TECHNIQUE A FORT POTENTIEL POUR L'ANALYSE ELEMENTAIRE DE MATERIAUX CAR ELLE POSSEDE PEU DE CONTRAINTES DE MISE EN UVRE ET EST UTILISABLE POUR DE NOMBREUX MATERIAUX. LE PRINCIPE CONSISTE A ANALYSER L'INTENSITE EMISE LORS DE LA DESEXCITATION DES ESPECES DU PLASMA CREE PAR FOCALISATION D'UN FAISCEAU LASER SUR L'ECHANTILLON A ANALYSER. POUR QUE L'ANALYSE ELEMENTAIRE SOIT QUANTITATIVE, LE PLASMA DOIT ETRE REPRESENTATIF DU MATERIAU A ANALYSER. NOTRE OBJECTIF EST DE DETERMINER LES PARAMETRES FONDAMENTAUX DE L'INTERACTION LASER-MATIERE QUI INFLUENCENT LA CONSERVATION DE LA STCHIOMETRIE ENTRE LA CIBLE ET LE PLASMA CREE LORS DE L'ABLATION DE METAUX PAR UN LASER UV A PRESSION ATMOSPHERIQUE DANS UN DOMAINE DE FLUENCES DE 10 A 255 J/CM 2. L'ETUDE DU COUPLAGE LASER-MATERIAU, NECESSAIRE POUR ANALYSER L'INTERACTION REELLE ENTRE LE LASER ET LA CIBLE, EST REALISEE A PARTIR DE L'OBSERVATION DES CRATERES OBTENUS DANS LES ECHANTILLONS. ELLE MET EN EVIDENCE QUE LA SURFACE D'INTERACTION EST UN PARAMETRE DETERMINANT. EN EFFET, L'EFFICACITE D'ABLATION EST PLUS ELEVEE ET LES CRATERES PLUS HOMOGENES LORSQUE LA SURFACE D'INTERACTION EST PLUS PETITE, CE QUI CORRESPOND A DES CONDITIONS POUR LESQUELLES L'ECRANTAGE DU LASER PAR LE PLASMA EST REDUIT. L'ANALYSE DU PLASMA EST EFFECTUEE DANS SA PHASE DE DESEXCITATION, APRES L'IMPULSION LASER. DANS DES ALLIAGES D'ALUMINIUM CONTENANT DU CUIVRE, DU MAGNESIUM ET DU ZINC A QUELQUES % NOUS OBSERVONS QUE LA COMPOSITION DU PLASMA EST IDENTIQUE A CELLE DE LA CIBLE, POUR DIFFERENTES CONDITIONS D'IRRADIATIONS (SURFACE D'INTERACTION, FLUENCE). DANS LES LAITONS (CU-ZN), LES COMPORTEMENTS DES DEUX ELEMENTS SONT DIFFERENTS. L'ANALYSE DU ZINC PEUT ETRE REALISEE QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS D'IRRADIATION ALORS QU'ELLE N'EST POSSIBLE POUR LE CUIVRE QU'A FLUENCE ELEVEE (> 50 J/CM 2). CETTE ETUDE SYSTEMATIQUE DES LAITONS MET AINSI EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE LA FLUENCE SUR LA COMPOSITION DU PLASMA.
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LA PRESENTE ETUDE A POUR BUT DE MESURER LE RALENTISSEMENT ET LA DISTRIBUTION D'ETATS DE CHARGES D'IONS CUIVRE ACCELERES ENTRE 0,7 ET 0,8 MEV/U.M.A., TRAVERSANT DES PLASMAS D'ALUMINIUM OU DE CARBONE CREES PAR LASER. LA DETENTE DU PLASMA DANS LE VIDE EST MODELISEE AFIN DE CONNAITRE LES PROFILS DE DENSITE ET DE TEMPERATURE ELECTRONIQUE LORS DE L'INTERACTION. IL REPRODUIT LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE MOYENNE ATTEINTE PENDANT LE CHAUFFAGE DE LA CIBLE PAR LE LASER ET MESUREE AU MOYEN DES DIAGNOSTICS IMPLANTES DANS LE CHAMBRE D'EXPERIMENTATION. LES VALEURS MOYENNES DE LA DENSITE LINEAIRE ET DE LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE AU MOMENT DE L'INTERACTION SONT ENSUITE OBTENUES. CONFORMEMENT AUX PREDICTIONS THEORIQUES, LES MAXIMA DES DISTRIBUTIONS DE CHARGES EN SORTIE DU PLASMA SONT DECALES VERS LES HAUTS DEGRES D'IONISATION, CE QUI MONTRE QUE LA CHARGE DU PROJECTILE DANS LA CIBLE EST SUPERIEURE DANS UN PLASMA A CE QU'ELLE EST DANS LA MATIERE FROIDE. LA LARGEUR EN ETAT DE CHARGE DES DISTRIBUTIONS EST, QUANT A ELLE, PLUS FAIBLE QUE DANS LE CAS D'UNE CIBLE FROIDE. PARALLELEMENT, ON OBSERVE UN RENFORCEMENT DU POUVOIR D'ARRET DU PLASMA PAR RAPPORT A UNE CIBLE FROIDE, DU A LA PRESENCE DES ELECTRONS LIBRES. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT COMPARES AU CODE DE SIMULATION NEWHIF QUI SUIT L'EVOLUTION, PENDANT L'INTERACTION, DE LA CHARGE, DE L'ENERGIE ET DE LA TRAJECTOIRE DES IONS LOURDS DANS LE PLASMA
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DANS CETTE THESE NOUS AVONS ETUDIE EN DETAIL LES MECANISMES D'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER LORS DE L'INTERACTION D'UN LASER SUB-PICOSECONDE AVEC UNE CIBLE SOLIDE. LA SPECTROSCOPIE X DES RAIES DE RESONANCE ET DE LEURS SATELLITES NOUS A PERMIS DE CONNAITRE LES PARAMETRES DU PLASMA (DENSITE ET TEMPERATURE). EN VUE DE LA REALISATION D'UNE SOURCE X D'UNE BRILLANCE LA PLUS ELEVEE ET D'UNE DUREE LA PLUS COURTE POSSIBLE, DEUX TECHNIQUES D'OPTIMISATION DE L'ABSORPTION ONT ETE ETUDIEES. D'UNE PART NOUS AVONS UTILISE DES CIBLES A SURFACE MODULEE PERIODIQUEMENT POUR AUGMENTER, A TRAVERS LE COUPLAGE AVEC LES MODES DE SURFACE, L'ABSORPTION DE L'ENERGIE LASER A LA DENSITE DU SOLIDE. D'AUTRE PART, NOUS AVONS ETUDIE L'INTERACTION DU LASER AVEC UN PLASMA PRE-FORME, POUR OPTIMISER L'ABSORPTION DE L'ENERGIE A LA DENSITE CRITIQUE EN PROFITANT DE LA CREATION D'UN PROFIL DE DENSITE DETENDU. DANS CE DERNIER CAS, NOUS AVONS AUSSI ANALYSE LES CARACTERISTIQUES DES ELECTRONS SUPRA-THERMIQUES CREES PAR LES MECANISMES NON-LINEAIRES PRESENTS PENDANT L'INTERACTION. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LA TRES FORTE INFLUENCE DE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DU GRADIENT DE DENSITE SUR LES CARACTERISTIQUES DE CES ELECTRONS ET SUR L'EMISSION X, ET NOUS AVONS DETERMINE LA VALEUR DE LA LONGUEUR DE GRADIENT QUI PERMET D'OPTIMISER L'ABSORPTION ET L'EMISSION X.
Author: Guy Bonnaud Publisher: Editions Ellipses ISBN: 2340073855 Category : Science Languages : fr Pages : 720
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Cet ouvrage présente l’ensemble des processus induits par l’interaction laser-plasma : la chaîne des processus est détaillée suivant sa chronologie. Les modèles théoriques et les solutions analytiques décrits sont accompagnés de résultats de simulation numérique à différents degrés de complexité. Il propose une large interface avec les mathématiques appliquées. Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en master de physique, aux élèves-ingénieur, aux doctorants et aux cercheurs en physique.
Author: Arnaud André Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Lors de le la propagation d'une impulsion laser ultra- intense et ultra-brève dans un plasma sous dense une onde de plasma se forme dans son sillage, susceptible d'accélérer des électrons à des énergies élevées sur de très courtes distances. Dans un régime d'excitation extrêmement non-linéaire, connu sous le nom de régime de la bulle, on peut obtenir des faisceaux mono-énergétiques d'électrons relativistes. Si les faisceaux d'électrons issus de l'interaction sont aujourd'hui bien caractérisés, de nombreux paramètres de l'interaction restent inaccessibles, faute de diagnostics adaptés. Nous avons tenté de répondre à cette problématique au cours de cette thèse, en étudiant à l'aide de simulations numériques comment interpréter le rayonnement issu de l'interaction pour déterminer la dynamique du milieu.La première partie de l'étude est consacrée aux propriétés du rayonnement des électrons accélérés, qui s'étend jusque dans le domaine des X. L'étude des caractéristiques de l'émission doit pouvoir renseigner sur le mouvement des électrons du milieu et plus généralement sur l'interaction laser-plasma. Les études menées dans le cadre de cette thèse montrent qu'en effet l'observation du rayonnement permet de déterminer la direction des électrons du faisceau en fin d'accélération, et dans une certaine mesure, leur répartition à l'intérieur du faisceau.La deuxième partie concerne la propagation en milieu sous dense. Le plasma perturbe l'impulsion au cours de sa propagation, modifiant ses caractéristiques spatiales et spectrales. Nous avons étudié ces effets lorsque le milieu est constitué d'un gaz d'azote puis d'argon. Nos résultats mettent en évidence les contributions respectives de l'auto-modulation de l'impulsion ainsi que celle du gradient de densité électronique créé par l'ionisation des gaz dans leurs différents états de charge. L'étude a été poursuivie dans des conditions d'accélération exploitant un gaz plus léger et à plus haute intensité, dans le régime de la bulle. Nous avons identifié l'origine des variations des conditions d'interaction observées dans la première partie.
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LES LASERS X ONT TOUT D'ABORD VOCATION DE DIAGNOSTIC DANS DE NOMBREUSES EXPERIENCES EN RAISON DE LEUR FORTE BRILLANCE ET DE LEUR COURTE LONGUEUR D'ONDE QUI PERMETTENT DE SONDER DES MILIEUX DENSES. A CELA S'AJOUTENT DES PROPRIETES DE MONOCHROMATICITE ET DE COLLIMATION QUI EN FONT DES OUTILS TRES ADAPTES A L'ETUDE DES PLASMAS D'UNE PART ET A DES EXPERIENCES DE PHYSIQUE DU SOLIDE OU DE CHIMIE D'AUTRE PART. L'UTILISATION EFFECTIVE DE CE DIAGNOSTIC EST EN GRANDE PARTIE LIEE A SES DIMENSIONS ET A SON COUT QUI SONT ENCORE PROHIBITIFS. AUSSI CHERCHE-T-ON A REALISER DES SCHEMAS DE LASER X REPONDANT A CES EXIGENCES D'ENCOMBREMENT ET D'INVESTISSEMENT. LE TRAVAIL REALISE AU COURS DE CES TROIS ANNEES DE DOCTORAT PORTE SUR L'UN DE CES SCHEMAS BASE SUR L'IONISATION PAR EFFET DE CHAMP (OFI). LE MILIEU LASANT EST CREE A L'AIDE D'UN LASER TI:SAPHIR (790 NM) ULTRACOURT (60 FS) ET ULTRA INTENSE (10 1 9 W/CM 2) FOCALISE DANS UN JET D'AZOTE. ON CREE AINSI UN PLASMA D'AZOTE DENSE (QUELQUES 10 2 0 CM 3) ET TOTALEMENT IONISE. CE PLASMA HORS EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE SUIT ALORS UNE RAPIDE RECOMBINAISON AU COURS DE LAQUELLE DES INVERSIONS DE POPULATION ENTRE LES NIVEAUX 2 ET 1 (24 A) ET 3 ET 2 (134 A) DE L'AZOTE HYDROGENOIDE POURRAIENT ETRE REALISEES SELON LES VALEURS DES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DU PLASMA. LA CREATION DU MILIEU PAR EFFET TUNNEL, L'INTERACTION LASER PLASMA DOMINEE PAR L'AUTOFOCALISATION RELATIVISTE ET LA DYNAMIQUE DE LA RECOMBINAISON SONT ETUDIES A L'AIDE D'OUTILS NUMERIQUES D'UNE PART ET EXPERIMENTALEMENT D'AUTRE PART. LA MESURE DE LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES INDIQUENT UN CHAUFFAGE IMPORTANT DU PLASMA NEFASTE AU SCHEMA DE LASER X ET DU A LA CROISSANCE D'INSTABILITES RAMAN. CEPENDANT LA DETECTION DE L'EMISSION X DU PLASMA DANS LA GAMME DES 2-20 NM INDIQUE UNE FORTE CROISSANCE DE L'INTENSITE DE LA TRANSITION A 134 A AVEC LA DENSITE ELECTRONIQUE, CONFORME A UN EFFET LASER QUE L'ON NE RETROUVE PAS SUR LA TRANSITION A 24 A.
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST DE COMPRENDRE ET D'ANALYSER LES PROCESSUS PHYSIQUES SUSCEPTIBLES D'ACCELERER DES ELECTRONS A DES ENERGIES RELATIVISTES, LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER ULTRA INTENSE (ECLAIREMENT LASER SUPERIEUR A 10#1#9W/CM#2) AVEC DES ELECTRONS DANS LE VIDE OU UN PLASMA. CES TRAVAUX S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL AVEC LA NOUVELLE APPROCHE DE L'ALLUMEUR RAPIDE. CETTE THESE SE COMPOSE DE TROIS ETUDES EXPERIMENTALES SUR L'ACCELERATION D'ELECTRONS. LES RESULTATS DE CES EXPERIENCES SONT INTERPRETES EN LES COMPARANT A CEUX DONNES PAR DES MODELES THEORIQUES PRESENTES DANS CE RAPPORT : (I) L'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS LE VIDE PAR L'IMPULSION LASER EST MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. DES ELECTRONS D'ENERGIE INITIALE DE 1 A 10 KEV ENVIRON, SONT ACCELERES A DES ENERGIES VOISINES DE 1 MEV. CES RESULTATS SONT EN BON ACCORD AVEC DES SIMULATIONS DE PROPAGATION D'ELECTRONS LIBRES SOUMIS A UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE INTENSE, SPATIALEMENT ET TEMPORELLEMENT FINIE. (II) LE ROLE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE DANS LA PRODUCTION D'ELECTRONS RELATIVISTES (0,4 A 3 MEV) LORS DE L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER ULTRA INTENSE AVEC UN PLASMA SURDENSE ET PRESENTANT UN PROFIL DE DENSITE TRES RAIDE EST ICI DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT EN BON ACCORD AVEC UN MODELE D'ACCELERATION D'ELECTRONS DANS CE REGIME OU LA TEMPERATURE CHAUDE T#H EST EGALE A L'ENERGIE D'OSCILLATION D'UN ELECTRON DANS LE CHAMP LASER. (III) DANS LE CAS DE L'ACCELERATION D'ELECTRONS (0,5 A 20 MEV), LORS DE L'INTERACTION DU FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA PREFORME SOUS CRITIQUE ET LONG, DEUX TEMPERATURES SUPRATHERMIQUES ET DES CANAUX DE CREUSEMENT DE DENSITE ELECTRONIQUE SONT OBSERVES. CES OBSERVATIONS SONT A PRIORI LA SIGNATURE DE LA FORCE PONDEROMOTRICE OU DE LA DIFFUSION RAMAN AVANT DANS UN CANAL CREE PAR L'AUTOFOCALISATION PONDEROMOTIVE ET RELATIVISTE DE L'IMPULSION LASER.
Author: François Amiranoff Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 259
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ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA PRODUCTION ET DU TRANSFERT DES ELECTRONS RAPIDES CREES AU COURS DE L'INTERACTION LASER-MATIERE.ETUDE DE L'INFLUENCE DE LA LONGUEUR D'ONDE DU LASER. DES ELECTRONS ACCELERES, SEULE UNE FAIBLE PART REVIENT VERS LA CIBLE, SOIT PRES, SOIT LOIN DE LA TACHE FOCALE DU LASER. LA GEOMETRIE DU DEPOT EST CONTROLEE PAR L'EVOLUTION DU CHAMP MAGNETIQUE ET DEPEND FORTEMENT DU PLASMA PRESENT DEVANT LA CIBLE
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CE TRAVAIL, CONCERNANT L'ETUDE DU TRANSPORT DES ESPECES DANS LE PLASMA CREE LORS DE L'INTERACTION LASER-MATERIAU, COMPORTE TROIS PARTIES PRINCIPALES: LA PREMIERE EST RELATIVE A L'ANALYSE DU MILIEU PLASMA CREE PAR UN RAYONNEMENT LASER A 530 NM (YAG A 2W) ET 10600 NM (CO#2) AU-DESSUS D'UN SUBSTRAT METALLIQUE DE TITANE. APRES LA PRESENTATION D'UN MODELE SIMPLE PERMETTANT D'APPRECIER LA VITESSE D'EJECTION DE LA MATIERE ET DECRIVANT LA CREATION D'UN PLASMA AU-DESSUS D'UNE SURFACE EN COURS DE VAPORISATION, NOUS DEVELOPPONS LES RESULTATS D'UNE ETUDE EXPERIMENTALE APPROFONDIE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION RESOLUE EN TEMPS DES PHENOMENES DE CREATION/DISPARITION DU PLASMA. UNE CORRELATION EST ETABLIE ENTRE CES OBSERVATIONS SPECTROSCOPIQUES ET LES RESULTATS DU MODELE, PERMETTANT D'ABOUTIR A DES HYPOTHESES SUR LES PHENOMENES MAJORITAIRES QUI REGISSENT L'INTERACTION, L'INFLUENCE DE LA LONGUEUR D'ONDE A LAQUELLE S'EFFECTUE L'IRRADIATION ETANT PLUS PARTICULIEREMENT MISE EN EVIDENCE. DANS LA DEUXIEME PARTIE, CES TRAVAUX SONT ETENDUS A UNE LONGUEUR D'ONDE PLUS COURTE (248 NM) ET A UN NOUVEAU TYPE DE MATERIAUX: LES POLYMERES. NOUS EXPOSONS LES RESULTATS OBTENUS SUR LES SEUILS D'ABLATION ET VITESSES DE GRAVURE DU POLYMETHYLMETHACRYLATE EN MONTRANT L'INFLUENCE SUR CES PARAMETRES D'UN RECUIT PREALABLE A L'IRRADIATION DES ECHANTILLONS. CETTE ETUDE EST COMPLETEE PAR LE DIAGNOSTIC SPECTROSCOPIQUE DU PANACHE D'INTERACTION QUI APPORTE DES ELEMENTS D'INFORMATION SUR SA COMPOSITION, SA TEMPERATURE, SA DENSITE ELECTRONIQUE ET SUR LES VITESSES D'EJECTION DES PRODUITS D'ABLATION. ENFIN, DANS LA TROISIEME PARTIE CONSACREE AU DIAGNOSTIC DU PANACHE PLASMA CREE LORS DE LA PULVERISATION PAR UN LASER A EXCIMERES KRF D'UNE CIBLE SUPRACONDUCTRICE MASSIVE DE TYPE YBACUO OU BISRCACUO, NOUS NOUS SOMMES ATTACHES A DEVELOPPER LA COMPREHENSION D'UN DES POINTS-CLES DE CETTE TECHNIQUE D'ELABORATION DE COUCHES MINCES, A SAVOIR LE TR
Author: Eric Galtier
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