Croissance avec le potentiel EAM

Une croissance utilisant le potentiel EAM [116] comme potentiel inter-atomique a été réalisée à partir des deux coeurs de fer (Wulff et cubique) comportant chacun 1000 atomes de fer. L’énergie par atome des nanoparticules (figure 5.8 gauche) ainsi que la différence d’énergie ∆E entre les deux nanoparticules (figure 5.8 droite) sont tracées en fonction du nombre d’atomes d’or divisé par le nombre d’atomes de fer. Les points 1,

2 et 3 correspondent à des points particuliers du graphique et les structures associées sont présentées figure 5.9.

Figure 5.8 – Évolution de l’énergie par atome (à gauche) et de la différence d’éner-gie entre les deux nanoparticules (à droite) en fonction du rapport entre le nombre d’atomes d’or et le nombre d’atomes de fer. Croissance réalisée avec le potentiel EAM. Tout au long de la croissance, l’énergie de la nanoparticule avec le coeur de Wulff est plus faible que celle de la nanoparticule avec le coeur cubique. Cependant on remarque que les énergies des deux nanoparticules convergent de plus en plus avec le nombre d’atomes d’or ajoutés. Dans un premier temps, les énergies augmentent jusqu’à atteindre un maximum local qui correspond à la structure 1 (Figure 5.9), puis l’énergie diminue jusqu’à atteindre un minimum local qui correspond à la structure 2 (Figure 5.9). Par la suite, les énergies augmentent à nouveau jusqu’à atteindre la structure 3 (Figure 5.9).

La structure 1 correspond au moment où la nanoparticule est totalement recouverte d’or. Entre la structure 1 et la structure 2, la deuxième couche d’or se forme, puis au niveau de la structure 2, la bicouche d’or est entièrement pleine. On remarque que la structure 3 présente, dans le cas de la nanoparticule avec le coeur cubique, une géométrie asymétrique avec certaines pyramides plus développées que les autres. Dans le cas de la nanoparticule avec le coeur de Wulff, la géométrie n’est pas très régulière. La coquille d’or se compose de nombreuses facettes avec des orientations différentes. Malgré le fait que la différence d’énergie entre les deux nanoparticules diminue avec la quantité d’or, l’énergie de la nanoparticule avec le coeur cubique n’est jamais plus

5.2. Croissance de nanoparticules Fe@Au

Figure 5.9 – Configurations des nanoparticules Fe@Au issues de la croissance. En haut en 3D et en bas coupe par le centre.

faible que celle de la nanoparticule avec le coeur de Wulff. D’autres croissances ont été alors réalisées en changeant le nombre d’atomes qui composent le coeur de fer dans le but d’étudier l’influence de la taille du coeur de fer sur l’énergie relative des deux structures. Deux croissances supplémentaires ont été réalisées avec des coeurs composés de 363 atomes de fer et 2215 atomes de fer. Dans la même démarche que les coeurs à 1000 atomes, le nombre d’atomes de fer a été choisi afin d’avoir un nombre identique d’atomes dans les deux coeurs tout en retirant le moins possible d’atomes. La figure 5.10 montre la différence d’énergie entre la nanoparticule avec le coeur de Wulff et celle avec le coeur cubique en fonction du rapport entre le nombre d’atomes d’or et le nombre d’atomes de fer, pour les trois croissances réalisées.

On remarque que les trois croissances ont le même comportement, c’est à dire une diminution de la différence d’énergie suivie d’une augmentation puis d’une nouvelle diminution jusqu’à tendre vers une valeur limite. On remarque également qu’une aug-mentation de la taille du coeur de fer provoquerait un décalage de la courbe vers les basses énergies. En effet, lors de la croissance des coeurs à 2215 atomes de fer, l’énergie de la nanoparticule avec le coeur cubique est devenue inférieure à l’énergie de la nanoparticule avec le coeur de Wulff pour un rapport N^Au/N^Fe compris entre 0.17-0.35. Cet intervalle correspond au moment où la deuxième couche d’or se remplit. Vers la fin de la croissance, nous avons observé un croisement des courbes des énergies

Figure 5.10 – Évolution de la différence d’énergie entre la nanoparticule avec le coeur de Wulff et celle avec le coeur cubique en fonction du rapport entre le nombre d’atomes d’or et le nombre d’atomes de fer. Trois croissances avec trois tailles de coeur de fer sont représentées : 363, 1000 et 2215 atomes de fer.

pour cette croissance, même si la différence restait très faible (0.01 meV).

Ce résultat était prometteur, cependant nous avons remarqué lors des croissances uti-lisant le potentiel EAM, qu’une interface inexistante d’un point de vue expérimental se créait, l’interface Fe(100)/Au(111). La figure 5.11 montre la structure de la nano-particule avec un coeur cubique pour un rapport N^Au/N^Fe de 1.85, on peut y voir une face (111) de l’or identifiée par les croix noires. Cette face est épitaxiée sur une face (100) du cube de fer. Cette interface n’avait pas été prise en compte lors de la création du potentiel EAM de part son absence dans les études expérimentales. Le potentiel EAM permet donc la formation de cette interface et cette dernière rentre en compétition avec l’interface Fe(100)/Au(100).

La présence de cette interface pose un problème d’un point de vue physique, les struc-tures obtenues lors de cette croissance deviennent alors peu réalistes.

Pour pallier à ce problème, nous avons décidé de recommencer les croissances en utilisant d’autres potentiels inter-atomiques qui ne permettent pas la formation de l’interface Fe(100)/Au(111). Le potentiel LJ-MORSE est un potentiel modèle qui

res-5.2. Croissance de nanoparticules Fe@Au

pecte cette condition.

Figure 5.11 – Interface Fe(100)/Au(111) présente dans une nanoparticule issue de la croissance EAM. La face (111) de l’or est indiquée par les croix.