Le tunnel parle à la spectroscopie. Chema avec Pitarke
Ce jeune physicien, né à Begoña (Bilbao) en 960, a reçu le prix correspondant à la section de recherche Azkue Sariak pour son travail dans sa thèse de doctorat. La remise du prix Azkue nous a permis de recueillir votre opinion et d'être prévenus de l'enquête dans le domaine de la physique.
Né à Begoña de Bilbao en 1960, ce jeune physicien a reçu le prix correspondant à la section de recherche d'Azkue Sariak (avec Andoni Sarriegi) pour son travail dans sa thèse de doctorat. Cette thèse est intitulée « La spectroscopie des tunnels et l'émission d'électrons et de photons solides », et a déjà donné dans des revues scientifiques de haut niveau un sujet pour plusieurs articles, dépassant confortablement le contrôle de qualité. La remise du prix Azkue nous a permis de recueillir votre opinion et d'être prévenus de l'enquête dans le domaine de la physique. Il travaille au Département de physique théorique de la Faculté des sciences de Leioa, où nous avons pris le temps de réaliser cet entretien.
José Ramón Etxebarria.- Pourquoi avez-vous commencé dans le monde de la physique?
Txema Pitarke.- Quand j'ai étudié le baccalauréat à l'école, j'ai aimé les sujets de mathématiques et de sciences et je voulais apprendre les mathématiques ou la physique. Quelqu'un m'a dit qu'il était préférable d'apprendre la physique que les mathématiques et j'ai décidé d'apprendre la physique.
J.R.E.- Avez-vous étudié à la Faculté des Sciences à Bilbao, puis pourquoi avez-vous commencé à travailler dans l'enseignement?
T.P.- Quand j'ai terminé la course, une des possibilités que j'avais était d'entrer dans l'enseignement. À l'époque, j'avais déjà une expérience dans le domaine de l'enseignement et j'avais envie de faire des recherches. L'université était le lieu idéal pour les deux.
J.R.E.- Quant à l'enseignement, il a commencé à enseigner en basque sur la ligne basque.
T.P.- Auparavant, il avait déjà travaillé à BBB donnant des cours de mathématiques en euskera, dans une ikastola.
J.R.E.- Quels ont été les premiers travaux de recherche?
T.P.- J'ai d'abord fait la thésine. Étude théorique de la zone électrique locale. Puis, au moment de faire la thèse, j'ai complètement changé le sujet.
J.R.E.- Pourquoi des choses théoriques?
T.P.- J'ai toujours eu tendance à faire des choses théoriques. J'ai aussi aimé aller dans les laboratoires, mais j'ai eu plus envie de marcher dans des choses théoriques.
J.R.E.- Puis, après avoir fait la thésine, la thèse a commencé. Il y a combien d'années avec la thèse?
T.P.- J'ai commencé Tesina en 1984 (quand j'ai terminé la course en 82 et j'ai abandonné les classes de BUP), j'ai terminé en 1985 et j'ai commencé avec la thèse en 86.
J.R.E.- Avec qui avez-vous commencé?
T.P.- Etxenike.
J.R.E.- Pourquoi êtes-vous allé à Saint-Sébastien à la recherche du directeur de thèse?
T.P.- La même année, j'ai appris qu'Etxenike venait de Cambridge, et je pense que c'était le meilleur des possibilités qu'il y avait ici pour faire des questions théoriques, et je l'ai choisi.
J.R.E.- Alors vous avez contacté lui.
T.P.- Oui, je me suis rendu compte qu'il pensait à former une équipe ici via Fernando Plazaola. Etxenike voulait des gens pour travailler avec lui et j'ai décidé de venir à lui pour savoir ce qu'il pouvait faire avec lui.
J.R.E.- Tu l'as bien pris.
T.P.- Oui. Après avoir connu les travaux de recherche que j'avais entre ses mains, j'ai passé une saison à penser si je voulais cela, et j'ai décidé de travailler avec lui.
J.R.E.- La distance n'y a-t-il pas d'objection, c'est-à-dire le passage de Bilbao à Donostia?
T.P.- No. Il a apporté des idées et a été suffisant d'avoir le temps de discuter de temps en temps pour faire avancer le travail.
J.R.E.- Avançons avec la thèse. Comme on le voit, cette thèse dense se compose de deux parties distinctes. Expliquez-vous quelles sont les parties?
T.P.- Oui, la thèse se compose de deux sections principales. D'une part, en utilisant le microscope des tunnels, nous avons profité des résultats expérimentaux obtenus par d'autres chercheurs pour réaliser une analyse théorique tant du potentiel superficiel que du potentiel d'interaction banale, ainsi que des effets de la géométrie superficielle. D'autre part, plusieurs domaines liés à l'interaction des ions rapides avec les électrons qui forment la matière ont été analysés.
J.R.E.- Commençons par le premier chapitre. Microscope de tunnels. Qu'est-ce que c'est ? Pourquoi ?
T.P.- Le microscope à tunnels a été conçu pour la première fois en 1981 par les chercheurs suisses Binnig et Rohrer, lauréats du prix Nobel en 1986. En contrôlant le courant de tunnels à travers le vide entre deux métaux, ils ont réussi à voir en haute définition les positions des atomes des surfaces. L'idée est très simple: La Mécanique Quantique prédit que l'installation d'un métal pointu à une distance de plusieurs angstromes de la surface objet d'étude et la génération d'une différence de potentiel non nulle entre les deux surfaces, permet aux électrons les plus pointus de traverser une barrière de potentiel nulle, générant un courant de tunnels. On sait aussi qu'en augmentant la distance entre les deux surfaces, le courant du tunnel diminue de façon exponentielle. Par conséquent, en faisant circuler la fine pointe métallique sur la surface qu'on prétend étudier sans toucher l'échantillon, les déplacements verticaux que subira la pointe nous fourniront une image réelle de la surface au niveau atomique, en maintenant constant le courant du tunnel, en maintenant constante la distance entre l'échantillon et la pointe.
J.R.E.- On peut donc dire que la pointe se déplace d'atomes approximativement.
T.P.- Oui, chaque fois que la distance du tunnel subit une augmentation d'un angstrom, le courant du tunnel diminue environ dix fois
J.R.E.- Ce qui me surprend le plus c'est de contrôler mécaniquement le mouvement d'un A. Comment est-il obtenu?
T.P.- Depuis que Robert Oppenheimer et George Gamow ont fait connaître l'effet tunnel mécanique-quantique en 1928, c'est-à-dire deux ans après la publication de la Mécanique Quantique, on a essayé de recueillir le courant expérimental à travers le vide de tunnels contrôlés. Cependant, aucun résultat n'a été obtenu jusqu'à ce que, principalement en raison de problèmes de vibrations, Binnig et Rohrer, en 1981, ont réussi à construire la pointe en éliminant les vibrations avec une résolution de plusieurs centièmes d'angstroms en utilisant un triptyque de matériel piézoélectrique.
J.R.E.- Comment le contrôler mécaniquement? Pouvez-vous construire un moteur avec un mouvement si fin?
T.P.- La pointe est un mécanisme de réalimentation qui mesure le courant du tunnel et maintient constante la distance entre les deux surfaces. La pointe se déplace verticalement. Par conséquent, la structure atomique de la surface d'échantillonnage.
J.R.E.- En synthèse, on prépare une pièce laun pour l'étude de sa surface et on réalise une sorte de scan à sa hauteur en fonction des deux directions coordonnées du plan horizontal.
T.P.- Oui. La pointe située sur la surface de l'échantillon à une distance de plusieurs angstromes se déplace à travers des lignes parallèles. De cette façon, vous pouvez obtenir une image tridimensionnelle de la surface une fois le mouvement de la pointe est traitée par un ordinateur.
J.R.E.- Et comment cette célèbre pointe? Devrait-il être très petit, non?
T.P.- Plus elle est fine, plus la résolution des zones est élevée. En fait, la réalisation répétée d'expériences qui donnent lieu à des champs électriques violents entre l'échantillon et la pointe, aiguise la pointe, et permet que dans le courant du tunnel ne participent que les électrons correspondant à un seul atome qui lui correspond à l'extrémité de la pointe.
J.R.E.- Quel matériel est utilisé pour cela?
T.P.- Normalement, des pointes de tungstène sont utilisées.
J.R.E.- Donc, ce qui peut être fait avec cette technique est de connaître la surface.
T.P.- L'application immédiate du microscope tunnel permet d'obtenir des images topographiques des surfaces. Il a également été démontré qu'il est très utile de mesurer la barrière de potentiel résiduel que rencontrent les électrons de surface et de connaître les interactions mécanique-quantiques entre les électrons de tunnel et les surfaces, et c'est ce que nous faisons, en profitant des résultats expérimentaux obtenus par d'autres chercheurs.
J.R.E.- Cette méthode, pour le moment, peut être très intéressante pour connaître la structure de la matière, mais le problème reste là, seulement au niveau théorique, ou de là on pense à faire une application, pas seulement en physique théorique, physique appliquée et technologie?
T.P.- Le microscope à tunnels a déjà été utilisé en biologie pour faire connaître la structure de l'ADN et plusieurs expériences ont été faites avec des virus et des protéines.
J.R.E.- La surface ne doit-elle pas être donc métal ?
T.P.- Le microscope à tunnels d'origine (STM) a été utilisé pour l'observation des biomolécules, situés sur une surface conductrice, mais ces dernières années, de nouveaux microscopes peuvent étudier des surfaces non conductrices, comme le microscope à force atomique (AFM) et le microscope à tunnels à photon (PSTM).
J.R.E.- Nous allons à la deuxième partie de la thèse. Avez-vous fait quelque chose de semblable ?
T.P.- Dans le deuxième paragraphe de la thèse ont été analysés divers aspects liés à l'interaction ion-matière. D'une part, on a étudié le processus par lequel les électrons de collision sont émis par l'interaction entre les paires d'ions rapides et le gaz électron, et d'autre part on a étudié le processus de capture d'électrons par émission de rayonnement à travers l'anneau de canalisation à travers les solides.
J.R.E.- Et quel intérêt avez-vous?
T.P.- L'objectif fondamental est d'analyser le comportement des particules qui constituent la matière. Pour ce faire, au fil des ans, l'interaction de la matière avec différents types de particules chargées s'est produite, et la nécessité de pouvoir interpréter ce type d'expériences a obligé à analyser les interactions entre les particules chargées et la matière. En 1911, Rutherford a utilisé les particules pour connaître la structure de l'atome et Bohr a publié ses premiers travaux en analysant les interactions des particules chargées qui traversent la matière.
J.R.E.- Par exemple, prenons un exemple. Donnons une particule, un ion. Que sortira normalement ?
T.P.- Les ions projetés peuvent être accompagnés d'électrons ou de photons, entre autres.
J.R.E.- Mais n'a-t-il rien à voir avec la radioactivité? Ou est-ce rayonnement radioactif?
T.P.- Non, parce que les énergies des photons qui peuvent être extraites dans les processus que nous étudions sont de plusieurs keV.
J.R.E.- C'est donc quelque chose de mécanique, une sorte de choc. Je veux dire, il n'y a pas de réaction nucléaire. N'avez-vous pas analysé cela ?
T.P.- No. Dans les expériences que nous analysons habituellement prédominent les interactions entre les charges versées et les électrons qui forment la matière, ainsi que les interactions entre les électrons eux-mêmes, résultats qui peuvent nous rapporter les processus auxquels participent les électrons.
J.R.E.- Par conséquent, les énergies seront inférieures à celles qui apparaissent dans les réactions nucléaires.
T.P.- Oui, bien sûr. Bien que les projectiles lancés dans ces expériences soient plus rapides que les électrons qui forment la matière (la vitesse de Fermi est généralement approximativement cent fois inférieure à celle de la lumière), la vitesse des projectiles est approximativement dix fois inférieure à celle de la lumière.
J.R.E.- Il a mentionné quelques expériences. Faites-vous vos groupes ou faites-vous un groupe d'Euskal Herria d'ici ou qui ?
T.P.- Non, ces expériences sont réalisées dans des laboratoires au niveau mondial.
J.R.E.- Votre groupe, celui qui est à Donostia et Bilbao, est donc théorique.
T.P.- Oui.
J.R.E.- Mais vous aurez contact avec des groupes expérimentaux. D'où sont ces groupes ? Avez-vous eu une relation personnelle ou seulement à travers des revues scientifiques?
T.P.- Etxenike a des relations avec de nombreux groupes expérimentaux, aux États-Unis, au Japon, en Allemagne… J'ai aussi eu des relations.
J.R.E.- Où ?, par exemple...
T.P.- Dans le troisième paragraphe de la thèse, par exemple, il se consacre à la réalisation d'une étude théorique des processus avec lesquels un Japonais peut rendre compte de l'expérience réalisée dans le laboratoire d'Argonne Américain, avec lequel je suis.
J.R.E.- Comment s'appelle ce scientifique?
T.P.- Yamazaki.
J.R.E.- Que disent ces physiciens expérimentaux ? Êtes-vous d'accord avec vos explications théoriques?
T.P.- Yamazaki, par exemple, attend avec impatience l'explication de son expérience et notre explication approche, mais il faut encore travailler plus. Dans le quatrième paragraphe de la thèse, pour sa part, on a interprété le déficit énergétique du rayonnement qui ont étudié les ions rapides à travers les solides dans l'anneau de canalisation à Oak Ridge.
J.R.E.- Tu m'as déjà mentionné Oak Ridge et Cambridge. Le laboratoire local Cavendish est-il théorique?
T.P.- Dans le laboratoire Cavendish il y a tout.
J.R.E.- Mais dans ce travail?
T.P.- Dans le laboratoire Cavendish, j'ai joué uniquement le champ correspondant à l'étude du microscope des tunnels. J'ai eu des relations avec les physiciens expérimentaux dans ce domaine, mais il m'a beaucoup aidé dans la préparation des programmes de calcul, principalement avec le mathématicien local Chris Nex. Je ne connais pas les expériences de ce pays liées aux interactions entre les ions et la matière.
J.R.E.- Donc, expériences à Oak Ridge oui. Avez-vous travaillé avec ces physiciens expérimentaux locaux ?
T.P.- No. Quand j'ai été à Oak Ridgen, je n'ai parlé que de théoriciens, bien que nous ayons fait une analyse théorique du travail expérimental effectué dans d'autres domaines du laboratoire.
J.R.E.- Et vous avez également travaillé avec un professeur à Madrid. Cela aussi théorique ?
T.P.- Oui. J'ai eu de très bonnes relations avec Flores lors de l'analyse du champ du microscope des tunnels. Elle y est experte, travaillant avec les lauréats du prix Nobel, avec les travaux publiés avec eux. Le domaine des ions, pour sa part, je l'ai travaillé principalement avec le professeur Ritchie d'Oak Ridge. Avec Etxenike j'ai étudié les deux champs et il m'a mis en contact avec Ritchie et Flores.
J.R.E.- Ce travail aura-t-il une continuité dans l'avenir ?
T.P.- Je pense que oui.
J.R.E.- Dans quel domaine?
T.P.- Dans les deux domaines. En ce moment, j'étudie avec Etxenike et Ritchie les effets non linéaires de la force de freinage des particules chargées qui traversent la matière. La force de freinage à la limite où la perturbation est très petite est proportionnelle au carré de la charge du projectile. Récemment, au contraire, on a constaté expérimentalement que les forces de freinage des protons et des antiprotons sont différentes, et l'interprétation de ces résultats est due à la contribution d'une force de freinage proportionnelle au cube de la charge du projectile.
J.R.E.- En changeant de sujet, pour cette thèse vous avez reçu le Prix Azkue de recherche en basque. C'est de joie, ne disons pas. Il convient de noter, cependant, qu'il a présenté sa thèse en basque et en anglais. Pourquoi ?
T.P.- Toute la documentation utilisée et les travaux publiés par moi, tous écrits en anglais, mais j'ai rédigé le rapport de la thèse uniquement en basque. Pour présenter la thèse à l'Université, je n'avais pas à faire de traduction, une fois le résumé réalisé en espagnol. Cependant, seuls quelques-uns d'entre eux pouvaient lire la thèse écrite uniquement en basque, pas même les membres du tribunal, et j'ai décidé de la traduire. J'ai pensé que la traduction en anglais serait plus utile que celle de l'espagnol, et j'ai décidé de la traduire en anglais. Ainsi, en outre, tous ceux qui faisaient partie du tribunal pouvaient lire le texte complet, car il pensait apporter un Américain.
J.R.E.- À côté de cela, vous avez travaillé sur la production de textes en basque. Il a publié des articles et des livres. Pensez-vous continuer ?
T.P.- Oui, sans doute.
J.R.E.- Avez-vous un emploi dans la tête ou pour le moment vous devriez prendre un peu de tranquillité pour calmer la tension des dernières années?
Maintenant, je n'ai rien à l'esprit, mais quelque chose sera fait, sans aucun doute, parce que maintenant je suis plus calme.
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