plus stable, nous avons étudié le comportement dynamique des ilots sur une surface d’or. Cette étude a également été réalisée pour des ilos de cobalt pur ainsi que des ilots d’alliage CoxPt1−x pour différentes compositions afin de mieux appréhender les mécanismes régissant la croissance de nanostructures d’alliage. L’ensemble de ces études a été réalisé avec des ilots déposés sur une surface Au(111) non recons-truite et l’évolution de leur morphologie a été étudiée pour une température de 500 K et des durées de l’ordre de la nanoseconde. Cette température, supérieure à la température ambiante utilisée expérimentalement, permet d’accélérer les pro-cessus cinétiques en œuvre et d’augmenter leur fréquence de réalisation pendant la durée de simulation.
Les ilots de cobalt ou de platine pur étudiés sont composés de 108 atomes. On peut convertir cette taille en un taux de couverture expérimental en fixant la période de la reconstruction de la surface Au(111)(on utilise une maille rectangu-laire de 7.2 × 12 nm, voir §5.1) et en supposant que les ilots de cobalt adoptent le paramètre de maille du cobalt massif et que ceux de platine sont pseudomorphes à la surface. On obtient un taux de couverture équivalent à 0,07 MC pour les ilots de cobalt et à 0,09 MC pour ceux de platine. Nous partons d’une configuration initiale où l’ilot est monocouche relaxé, en cohérence avec son processus de formation par nucléation-croissance sur une surface.
Pour les ilots d’alliage, nous avons dû définir une organisation initiale des atomes de cobalt et de platine au sein des ilots. Ceux-ci étant expérimentalement obtenus par codépôt d’atomes des deux espèces et les simulations KMC sur une surface homogène (voir § 1.1.3.3) ne mettant pas en évidence de mise en ordre ou de ségrégation par diffusion en bord d’ilots, nous avons considéré des ilots compo-sés d’atomes des deux espèces répartis aléatoirement comme situation initiale lors
de ces simulations.
Dans le cas d’ilots de cobalt pur, la thermalisation à 500 K provoque un chan-gement de configuration. Des atomes montent au bout de quelques picosecondes par différents mécanismes (étudiés plus en détail dans la partie 4.5) en deuxième couche. L’ilot devient parfaitement bicouche après un temps de simulation d’en-viron 100 picosecondes (voir fig. 4.3.b). Cette configuration est en accord avec la morphologie observée expérimentalement par STM. La situation est différente
Figure 4.3 – Images montrant l’évolution de la morphologie d’ilots de 108 atomes durant
un recuit à 500K : Ilot de cobalt pur après 1 ps (a) et après 100 ps (b). Ilot de platine
pur après 1ps (c) et après 995 ps (d).
pour des ilots de platine pur. Lors d’un recuit à 500 K aucun atome ne monte en deuxième couche et ceci pour des durées de simulation dix fois plus longues que le temps nécessaire aux ilots de cobalt pur pour devenir bicouches (voir fig. 4.3.d). Les atomes de platine vibrent autour de leur position d’équilibre, mais aucun ne parvient à changer de position. Ces observations sont en accord avec la morphologie des ilots étudiés expérimentalement par STM.
Une fois les résultats sur des ilots d’éléments purs obtenus, nous avons pour-suivi notre étude sur des ilots d’alliages. Nous avons effectué des recuits (égale-ment à 500 K) sur des ilots de trois compositions différentes : Co75Pt25, Co50Pt50
et Co25Pt75. Les ilots sont composés de 539 atomes soit un taux de couverture ex-périmental allant de 0,34 MC pour du cobalt pur à 0,45 MC pour du platine pur. La taille plus élevée des ilots facilite l’étude d’un éventuel lien entre l’activation
d’un mécanisme de montée en deuxième couche et l’environnement chimique local ainsi que la comparaison directe avec les expériences.
La durée des recuits a été fixée à une nanoseconde, durée suffisante pour que les morphologies des ilots de différentes compositions n’évoluent plus. En effet les ilots sont dans des configurations métastables, i.e. leur énergie est dans un mini-mum local et transiter vers la situation thermodynamiquement stable prendrait un temps très important à cette température.
Figure 4.4 – Images montrant un ilot de 539 atomes de composition Co50Pt50 recuit à 500K après une picoseconde (a) puis après 470 picosecondes (b).
Les recuits effectués sur des ilots mixtes, quelque soit la composition, conduisent à des situations différentes des deux comportements observés pour les éléments purs. Seulement une partie des atomes montent en deuxième couche comme on peut le voir sur la figure 4.4 pour un ilot de Co50Pt50. L’évolution de la propor-tion d’atomes en deuxième couche a lieu de façon monotone avec la composipropor-tion (voir fig.4.5). Ce résultat est en accord qualitatif avec les résultats expérimentaux obtenus par STM (voir fig. 3.12).
Contrairement à l’étude par STM, la dynamique moléculaire nous permet éga-lement de regarder l’évolution de cette distribution de hauteur espèce par espèce (voir fig.4.5). La deuxième couche a une concentration en cobalt plus élevée que la concentration nominale de l’ilot quelque soit la composition. En contrepartie, les atomes de platine restent majoritairement dans la première couche. La proportion de platine qui se situe en deuxième couche n’évolue pas de façon monotone et est maximale pour la composition Co50Pt50.
Ces résultats montrent que les mécanismes de montée en deuxième couche sont plus difficiles à réaliser pour les atomes de platine que ceux de cobalt dans des ilots mixtes, malgré la très forte affinité chimique Co-Pt.
Figure 4.5 – Évolution de la proportion d’atomes dans les différentes couches en
fonc-tion de la composifonc-tion pour des ilots de 539 atomes. Les valeurs pour chaque composifonc-tion correspondent à une moyenne effectuée sur 32 configurations et les barres d’erreur cor-respondent à l’écart-type.
Figure 4.6 – Évolution de la proportion d’atomes n’appartenant pas à la première couche
(2ecouche ou plus) en fonction de la température pour des ilots de 331 atomes de diffé-rentes compositions après des recuits de 330 picosecondes.