physique des surfaces : plan du cours structure atomique ... · pdf file• les...
TRANSCRIPT
![Page 1: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/1.jpg)
Physique des Surfaces : Structure Atomique et Électronique
William SacksINSP, Institut des Nanostructres de ParisUniversités Paris VI, VII et C.N.R.S.
Collaborateurs :Dmitri Roditchev (C.N.R.S.)Yves Noat (C.N.R.S.)Tristan CrenAmir KohenThomas Proslier
I. Introduction à la physique des surfaces.
II. Structure électronique : exemples et modèles.
III. Techniques de mesures.
IV. Microscopie/spectroscopie tunnel et l’étude des métaux et semiconducteurs.
V. Transitions de phase.
VI. Manipulation d’atomes, molécules et nanostructures.
Plan du Cours
Pour s’informer…
Internet
Livres
Articles
Fiable ?Rapide ?oui non oui non
A. Zangwill, Physics at surfaces
Cl. Noguera, Physics and Chemistry at Oxide Surfaces
M.C. Desjonquères et D. Spanjaard, Concepts in Surface Physics
Ashcroft & Mermin, Solid State Physics
? ?
I. Introduction à la physique des surfaces
![Page 2: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/2.jpg)
des matériaux,
des structures avec ces matériaux,
des propriétés électroniques ou magnétiques de ces structures,
des techniques d’analyse.
Diversité :
• L’intérêt est fondamental et appliqué
• Les surfaces ou interfaces jouent un rôle important
• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique quantique
Le thème général : la diversité Plan du Chapitre I
1. Les atomes, les matériaux…
…Du simple vers le complexe !
moucheron
cheveux
bactérie
virus
hémoglobine
molécule de Benzène
diamètre de l’atome
Vers le tout-petit...
1 mm
100 µm
1 µm
100 nm
10 nm
1 nm
0,1 nm
10 -3 m
10 -4 m
10 -6 m
10 -7 m
10 -8 m
10 -9 m
10 -10 m
![Page 3: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/3.jpg)
Davisson & Germer 1927
Prix Nobel : 1937
Diffraction d’électrons lentsErwin Muller 1956
Microscopie ionique de champ
G. Binnig & H. Rohrer
Prix Nobel : 1986
La microscopie par effet tunnelScanning tunneling microscopy
•États électroniques : MétalSemiconducteurIsolant
La physique du solide…
•États magnétiques : FerromagnétismeParamagnétisme…
SupraconducteursEtat ODC…
Structure atomique Propriétés électroniques
?
Elaboration Propriétés optiques
Propriétés magnétiques
![Page 4: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/4.jpg)
Transitions de phases
Structure 1 Structure 2
Métal normal Supraconducteur
Isolant Anti-ferro Métal para
Tc, Pc
Tc, Hc
TN
Tableau périodiqueTableau Périodique
Liaisons C-C :propriétés diverses !
Le Carbone
•Éléments
•Composés/alliages binaires
NaClNbSe2TaSe2AsGaInSbPbInMgB2
NiFe
•Composés ternaires, etc…
La diversité des matériaux
ODC
semiconducteurs
supraconducteurs
ferromagnétique
!
isolant
![Page 5: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/5.jpg)
Supraconducteurs Haute Tc
Prix Nobel 1987Bednorz et Muller
CuO2
δ −
δ +
e
Manganites – la famille LaMnO3
2. Les électrons dans un réseau d’atomes
Remplissage des bandes
E
E
Deux électrons par état E(k).
EF = µ (à T=0)
µ (à T=0)
Isolant ou semiconducteur
∆
Métal
![Page 6: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/6.jpg)
(1) (2)
(3) (4)
Ionicité - Covalence variée des solides Modèle des liaisons fortes : Chaîne 1D
E(k) = ε0 – 2β cos(ka)
EF
atome
s
solide
EF
β a
L
Ex. 1
États pleins États vides
Notion de la densité d’états
DOS
atome molécule
s
σ
solide
∆ σ∗
Modèle des liaisons fortes : Chaîne AB
γ β
A B
∆
![Page 7: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/7.jpg)
Formation des bandes C-C
C : 6 e- 1s2 2s2 2p2
atome
2s
2p
4 e-
sp3X 4
diamant
graphiteLCAO
sp2X 3
pz
« molécule »
σ
solide
∆
σ∗
LCAO
sp3X 4
Modèle LCAO – liaisons fortes du diamant
X 4
« molécule »LCAO
Modèle LCAO – liaisons fortes du graphite 2D
pz
sp2
solide
∆ = 0 !
σ
σ∗
π
π∗
sp2X 3
pz
Interactions électron-électron : le modèle de Hubbard
N(E)
E
W = 4 t
N(E)
E
U
![Page 8: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/8.jpg)
Conséquence à demi remplissage : un isolant anti-ferromagnétique
t – favorise la « délocalisation »
U – favorise la « localisation »
• Si U > W on a un isolant de Mott-Hubbard.
• Le problème à dimension 2 n’est pas résolu.
3. Introduction aux surfaces
Qu’est-ce qu’une surface ?
• Définition – l’arrêt du cristal (a priori infini)
Surface solide – fluideSurface solide – videInterface solide (A) – solide (B)
solide vide
B V
SRégion (B) = propriétés du volume (le « bulk »)
Région (V) = le vide (potentiel constant)
Région (S) = région à propriétés modifiées (variable)
Modèle abrupt : les atomes sont figés
solide vide
S
n(x)
nB
nV
![Page 9: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/9.jpg)
Conclusions :
Mêmes avec les conditions limites abruptes,il y a une variation continue de la charge, du potentiel, …, sur une échelle LS, au voisinage de l’interface.
On peut déterminer les positions d’équilibre des atomes par une méthode auto-cohérente. LS est réajustée.
LS dépend de la grandeur considérée et du matériau (métal, semiconducteur…)
Questions fondamentales liées aux surfaces
1. Réactivité (marches, liaisons pendantes…)
2. Morphologie ou structure (et à quelle échelle ?)
3. Propriétés électroniques ou magnétiques
La technique de mesure adaptée,
Le modèle de calcul adapté(le bon niveau d’approximation).
Les propriétés physique et structurales sont nécessairement imbriquées.
On doit choisir :
Morphologie : marche - terrasse - adatome
terrasse
bord de marche
contremarche
adatome
rugosité :h(x,y)
Les surfaces : que faire avec ?
• ManipulationAtomes, molécules…
• CroissanceCouches minces, multicouches, particules …
• ÉlaborationDispositifs nano-lithographiés,fils et boîtes quantiques,
…Nanostructures
…des dispositifs électroniques,optiques,magnétiques.
Comment ?
![Page 10: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/10.jpg)
• La modification de la structure atomique et électronique :
relaxation,reconstruction…
• L’adsorption atomique ou moléculaire.
• Le contrôle des défauts.
• L’interaction entre les nano dispositifs et l’environnement:
substrat,contacts…
A résoudre :Les problèmes… Exemple – un seul nanotube de carbone
?
?
e-?
Quelques surfaces élémentaires
cubique face centrée - fcc
surface (1,0,0)a a/√2
surface (1,1,0)
surface (1,1,1)
a
a/√2
![Page 11: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/11.jpg)
Mailles de surface Quelques surfaces complexes !
(111)(0001)
Wurzite Zinc blende
Diamant
Relaxation
Reconstruction
facettage
Faces vicinales
Thèse de G. Baudot, Université Paris VII 2004
Au (11, 9, 9)40 nm x 40 nm
![Page 12: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/12.jpg)
Deux catégories majeures :
Croissance d’un monocristal
Clivage ou découpage
Dépôt d’atomes ou molécules
Traitement de la surface
Système complexe
Croissance d’un monocristal (A)
Croissance de B sur A, C sur B …
Dispositif complexe
Masquage, traitement …
Traitement de la surface
Techniques de croissance (A/B)
• Evaporation et dépôt direct
• Epitaxie par jet moléculaire, EJM-MBE
• Ablation Laser
• Pulvérisation cathodique
• Déposition par vapeur chimique CVD
Techniques des surfaces
P
BI
CE
Chambre d’analyse
Chambre de préparation
Q Ar+
e-
D
Surfaces diverses
500Å x 400 Å
Mn / Cu (100) sous oxygène
D.P.Woodruff et coll. Université de Warwick
500Å x 500 Å
Ag / Pt (111)
H. Brune et coll. EPFL, Suisse
![Page 13: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/13.jpg)
Tristan Cren et coll. EPFL, Suisse
Îlots magnétiques Reconstruction de la surface d’or
150 x 150 nm
S. Rousset, J.-M. Berroir, V. Repain (GPS)
3x22maille :Au(111)
Nanoparticules de Co
Croissance de nanoparticules de cobalt sur unesurface vicinale
Thèse de G. Baudot, Université Paris VII 2004
Baudot, Rousset, Repain, et coll.
Quelques dispositifs
(diamètre = 1 micron)
Fils nanométriques dispositifs micrométriques
(diamètre = 10 microns)
![Page 14: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/14.jpg)
Jonctions tunnels, jonctions magnétiques …
AluminiumOxydePlomb
CobaltCuivreNiFe
Structures MOS…
p pn
M MOxyde
S G D
La spectroscopie tunnel
I. Giaever (1961)
jonction plane : Pb/MgO/Mg
Prix Nobel 1973
PlombMgOMg
V
I
dI/dV
eV
dI(V)/dV ~ Ν(EF+eV) ∆
??
Puits quantique, gaz d’électrons 2D …
AlGaAs GaAs AlGaAs
Boîte quantique individuelle
4. Électrons modifiés par la surface
![Page 15: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/15.jpg)
Esquisse du potentiel a
∆E
V0 = énergie du bas de la dernière bande
NC = niveaux de cœurϕ = travail de sortie
V0
NC
ϕ
a
Trois types de surfaces importants
effet de charge important
Écrantage faible3. Isolants
Liaisons pendantesrestructuration
Écrantage moyen2. Semiconducteurs
fonctions de Bloch réfléchies
bon écrantage1. Métaux
Métaux à faible densité = difficultés !
• EPL – électrons presque libres Convient aux métaux s, sp (surface de Fermi s)
• LCAO – métaux d et semiconducteurs(surface de Fermi p ou d)
États électroniques de surface
Différents types d’états
1. Niveau de coeur2. Niveau de cœur modifié3. Fonction de Bloch4. État de surface5. Résonance de surface
Densité d’états de surface
États pleins États vides
Notion de la densité d’états locale
DOS
βa
La chaîne 1D tronquée
Densité d’états locale (LDOS):
ρ0
L
Ex. 2
![Page 16: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/16.jpg)
Extension des électrons dans le vide (métal simple)
E = EV = 0
E = EF = - ϕ
E = EBB = -V0
uz
κ -1
Re(ψ)
V(z)
A une dimension :
Ex. 3
Coefficients de réflexion - transmission
A deux dimensions (surface plane):
Nouvelle longueur de décroissance
Onde évanescentez > 0
Onde de Blochz < 0
Conséquences du modèle de Sommerfeld
Densité d’états locale (LDOS)
… à la surface :
Densité électronique (T = 0)
États de surface
a
A A A A A’
E
ES
(A)
Etat de Tamm
A B A B B
E
ES
(π )
Liaison pendante
β γ
(π∗)
![Page 17: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/17.jpg)
États de surface dans le gap d’un métal (Shockley)
Ek
2 VG
0 G/2-G/2
ES
k
Cu, Ag, Au (1,1,1)
(1,1,1)
a
uz
V(z)
a
Raccordement de la fonction d’onde
Allure du potentiel plus réaliste
-e2/4z
ϕ
V(z)
uz
Plan image
Potentiel image Corrélations longue portée(interaction coulombienne)
État résonant – état quasi-stationnaire
E0
N(E)
E0
Un seul niveauγ
Continuum
Ex. 4
![Page 18: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/18.jpg)
Cas du semiconducteur
• Accrochage ou « pinning » deEF par les états de surface
E
ES
(π )
(π∗)
BV
BC• Sans bande d’impuretésϕ
E
ES
(π )
(π∗)
BV
BCϕ
L
• Courbure de bande
5. Morphologie des surfaces
Morphologie : marche - terrasse - adatome
terrasse
bord de marche
contremarche
adatome
rugosité :h(x,y)
cran
Différentes structure de surfaces
• Formes d’équilibre – monocristal
• Formes métastables – face vicinale ad hoc d’un métal– face d’un semiconducteur
• Formes de croissance (A/B) – îlots – agrégats
Métastables et sous contrainte
![Page 19: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/19.jpg)
Cu (11,1,1) S. Rousset et coll. (1992)
Fluctuations des bords de marche
Mouvement de crans
Surfaces vicinales – état métastable
200 nm STM image of the Au(788) surface after sputtering with Ar ions.
150 nm STM image of the Au(788) surface.
q a
nθ
Surface vicinale « simple »
θ
[0, 0, 1]
l
p = 1+qnombre d’arêtes
l = q alargeur de terrace
tg(θ) = 1/qangle d’orientation
n = [q, 0, 1](q, 0, 1)Surface
Surface vicinale crantée
![Page 20: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/20.jpg)
Cristal cubique face centréeConsidérations énergétiques
Hypothèses :– milieu continu– énergie de surface seulement.
β = énergie de marche (sans interaction)
γ = énergie de surface
h = hauteur de marche
n0 = direction dense
O
Hn
γ( n )
Le « gamma plot »
x
y
Au voisinage d’un plan dense θ = 0
Forme d’équilibre : théorème de Wulff Ex. 5
x
y
z
O
Mn
dS’ = cos(θ) dx dy
dSh(x,y)
θ
Intégrale à minimiser :
Équation d’Euler - Lagrange :
Solution formelle :
![Page 21: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/21.jpg)
Solution géométrique : la construction de Wulff
M
nH’
O
h(x,y)
NaCl(600°)
Exemple de construction
Cristal d’or à l’équilibreHeyraud et Métois
MarseillesJ. Cryst. Growth 50, 571 (1980); Acta Metal. 28, 1789 (1980)).
T
Interactions marche - marche
[q, 0, 1]
lθ
Interdiction de croisement
Entropie
Dipôle - dipôleÉnergie électrostatique
Déformations -contraintes
Énergie élastique
G. Prévot et coll.
Détermination du dipôle élastique au bord de marche sur la surface Pt(9,7,7)
![Page 22: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/22.jpg)
Ordres de grandeur
~.1 eV/atomeÉnergie de cran
.4 eV/atome
.2 eV/atome
.06 eV/atome
p (1,1,1) x (1,0,0)p (1,0,0) x (1,1,1)p (1,1,0) x (1,1,1)
Énergie de marche(Cu)
.6 eV/atome
.75 eV/atome1.3 eV/atome
(1,1,1)(1,0,0)(1,1,0)
Énergie de surface(Cu)
6. Les techniques de mesures
États électroniques de surface
Différents types d’états
1. Niveau profond2. Niveau modifié3. Fonction de Bloch4. État de surface5. Résonance de surface
Densité d’états de surface
Techniques de mesures
•A sonde locale : STM, AFM, PSTM…etc.
•Optique•Électronique à balayage (MEB) et par transmission (MET)
5. Microscopie
•Effet josephson•Spectroscopie par perte d’énergie des e- (EELS)•Spectroscopie tunnel (TS)
4. Spectroscopie(électron)
•Photoémission inverse (IPS)•Photoémission PES (UPS, XPS)•Résolue en angle (ARPES)•Émission Auger (AES)
3. Méthodes spectroscopiques(photon-électron)
•Effet Raman•Effet Kerr
•Ellipsométrie•Absorption IR et visible•Absorption X (EXAFS)
2. Méthodes spectroscopiques(photon)
•Diffraction d’électrons lents LEED•Rayons X•Hélium etc…
1. Méthodes de diffraction
![Page 23: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/23.jpg)
Aspects particuliers
Homogénéité ? Microscopies électronique et à sonde locale.
Environnement électronique : Méthodes spectroscopiques optique et électronique
Environnement chimique : XPS, EXAFS, émission Auger
Bandes d’énergie – physique du solide : Photoémission et spectroscopies électroniques
Aspect structural : Microscopies et méthodes de diffraction
A noter : les problèmes de la résolution énergétique, la résolution spatiale et
la sensibilité à la surface.
Les techniques de mesures
Diffraction
•Électrons LEED•Rayons X •Helium…
ED
Microscopie Électronique
• à balayage SEM• en transmission TEM•…
Ei ki
Ef kf
Méthode de « spot profile »
La diffraction d’électrons lents (LEED) Les techniques de mesures
Spectroscopies
•Photoémission UPS, XPS•Résolue en angle ARPES•Effet Compton•Emission Auger AES …
ED
hωi kiEf kf
I
I(Ef )
I(Ef, kf )
Distribution de l’énergie cinétique
EB= hωi -ϕ -Ef
Énergie de « liaison »
![Page 24: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/24.jpg)
A. Einstein, 1905 – quanta de lumière
L’Effet Photoélectrique
R. A. Millikan, 1916
J.J. Thomson – existence de l’électron
•mesure de h•mesure de ϕ
Hertz 1887 – découverte de l’effet
Lenard 1900 – mesure des photoélectrons
4.39 1014 Hz
ECmax = hωi -ϕECmax = hωi -ϕ
•ECmax indépendante de Iphoton
•L’absorption est « instantanée »
•Une fréquence minimale existe
hω
ECmax
e-
L’Effet Photoélectrique (II)
Formule d’Einstein
EB (ki )= hωi -ϕ -Ef
I(Ef, kf )
La spectroscopie photoémission (PES)
y
x
z
khωiA2
A1
e-
EB
hω
EC
EB( ki ) ?
La spectroscopie photoémission (PES)
e-
Electrons Auger
Pics caractéristiques des niveaux de cœur
![Page 25: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/25.jpg)
Les microscopies à sonde locale
•Courant tunnel
•Courant de photons
•Force atomique
•Force magnétique…
Interaction
surface
pointe
tube piézoélectrique
Méthode de « détection » variée !
Spectroscopie et topographie !
Le microscope à effet tunnel
Courant tunnel localisé
Ex. 6
Soufre sur cuivreGraphite Surfaces vicinales S. Gauthier et coll. (1987) S. Rousset et coll. (1989) S. Rousset et coll. (1992)
Les débuts de la microscopie tunnel Si (111) 7x7
![Page 26: Physique des Surfaces : Plan du Cours Structure Atomique ... · PDF file• Les échelles imposent l’utilisation de la mécanique ... l’arrêt du cristal (a priori infini) Surface](https://reader037.vdocuments.mx/reader037/viewer/2022110222/5a78bf797f8b9a21538ccbfe/html5/thumbnails/26.jpg)
GaAs (110) with sub surface Si donor (bright spot) and Ga vacancy (dark spot). 17 x 18 nm.
JF Zheng et coll., Lawrence Berkeley Lab.
GaAs (110)
Théorie de Tersoff et Hamann (1984)
La densité d’états locale
Conclusions
Les matériaux, même les composés élémentaires, ont des propriétés électroniques riches et complexes.
La surface représente une brisure de la symétrie de translation = propriétés modifiées ou nouvelles.
Les surfaces et les interfaces sont présentent dans tous les dispositifs actuels.
Les propriétes des nanostructures sont actuellement mal comprises. C’est un sujet majeur de la recherche actuelle.
Les outils d’investigation classique des surfaces (PES, LEED, AES) sont toujours utilisées.
La Microscopie et Spectroscopie Tunnel offre des possibilités particulièrement adaptées aux objets de taille nanométriques.