Etude en STM: d´emixtion ordonn´ee - auto organisation ´

Pour les cod´epˆots Co-Au, r´ealis´es `a temp´erature ambiante, sur la surface d’Au(111), nous allons voir que la morphologie des d´epˆots d´epend de la concentration en Au. Nous verrons ´egalement dans la section 5.3.2 que cela ne sera pas sans effet sur les propri´et´es magn´etiques des d´epˆots.

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A 300 K, lorsqu’on d´epose simultan´ement les atomes de Co et d’Au, pour une concen-tration 50/50, on observe sur les images STM des ˆılots aux coudes de la reconstruction de la surface d’Au(111) (figure 5.2). Les lignes trac´ees sur la figure 5.2 montrent l’alignement des ˆılots dans la direction [11¯2]. Pour un d´epˆot de 0.4 MC, de petits ˆılots bicouches de Co (ˆılots blancs sur la figure 5.2) sont entour´es par des ˆılots plus larges d’une hauteur atomique d’Au. ´Etant donn´e que le d´epˆot de 0.4 MC de Co50Au50 correspond `a un ´equivalent de 0.2 MC d’Au et 0.2 MC de Co, et compte tenu du mode de croissance respectivement

bicouche et monocouche des atomes de Co et d’Au sur la surface d’Au(111) (section 4.3), on s’attend `a avoir un recouvrement deux fois plus important d’Au que de Co sur la surface. Or ceci est loin d’ˆetre le cas sur la figure 5.2, qui montre qu’une forte proportion d’ˆılots monocouches. Cette situation se distingue cependant des d´epˆots d’Au pur sur la surface d’Au(111), o`u la nucl´eation des adatomes d’Au n’est pas influenc´ee par les coudes de la reconstruction; ils forment des ˆılots monocouches al´eatoirement distribu´es sur la surface (figure 5.3a). Notons que les ˆılots monocouches d’Au sur la figure 5.3a pr´esentent d´ej`a des motifs de zigzag de la reconstruction. Cette situation n’est pas ´equivalente non plus aux d´epˆots s´equentiels o`u on fait suivre l’´evaporation des atomes de Co par celle des atomes d’Au. Dans ce denier cas, on observe que les atomes d’Au viennent former des collerettes autour des ˆılots bicouches de Co comme sch´ematis´e dans la figure (figure 5.3b). Donc si des ˆılots d’Au sont agglom´er´es aux coudes de la reconstruction, il doit y avoir des ˆılots monocouches de Co qui pi´egent des collerettes monocouches d’Au avant qu’une seconde couche de Co se forme (figure 5.3c).

Pour un d´epˆot de 1.4 MC de Co50Au50, l’image STM de la surface montre que les ˆılots bicouches de Co (figure 5.4a) ne sont plus r´eguli`erement espac´es le long de la direction [11¯2] tandis que les ˆılots d’Au qui les entourent ont coalesc´e dans la mˆeme direction. Les ˆılots de Co dont l’arrangement est d´esordonn´e ainsi que la pr´esence simultan´ee de petits et gros ˆılots de Co indiquent que de nouveaux centres de nucl´eation des atomes de Co apparaissent sur la couche d’Au qui commence `a coalescer. Ceci montre que pour une concentration de 50 % d’Au et 50 % de Co, la croissance est peu influenc´ee par la reconstruction de la surface d’Au(111), nue, avant d´epˆot.

Mais quand on consid`ere une concentration riche en Co (Co66Au34), on observe sur les images STM, pour une couverture de 6 MC, que la morphologie du d´epˆot est d´esordonn´ee (figure 5.4b). Cette figure montre des chaˆınes parall`eles d’ˆılots. On peut noter la pr´esence des domaines de chaˆınes faisant un angle de 120◦ entre eux. Ces domaines s’´etendent sur quelques centaines de nanom`etres. La figure 5.4c donne des d´etails sur les chaˆınes d’ˆılots: on observe que dans chaque rang´ee les ˆılots sont s´epar´es d’environ 75 ˚A et d’une rang´ee

collerette d’Au monocouche monocouche^{ilot d’Au}

b)

a)

Fig. 5.3 – Images STM (150 x 150 nm2; It=0.080 nA, Vt=0.593 V) de 0.4 MC d’Au/Au(111) (a) et (150 x 150 nm2) apr`es un d´epˆot de 0.1 MC d’Au (0.4 MC)Co/(10 MC)Au/mica `a 300 K (b).

`a l’autre ils sont espac´es de 150 ˚A `a 160 ˚A. La morphologie de la surface ´etant fortement marqu´ee par les param`etres de maille de la reconstruction de la surface d’Au(111), on peut supposer que la d´emixtion ordonn´ee du cod´epˆot observ´ee dans les premiers stades de la croissance conserve une m´emoire de la reconstruction.

Comme le Co et l’Au sont immiscibles dans le volume `a temp´erature ambiante et que l’or a tendance `a mouiller le cobalt, car son ´energie de surface est inf´erieure `a celle du Co (1626 mJ/cm2 et 2709 mJ/cm2 respectivement), on peut imaginer le m´ecanisme de croissance suivant: pour des cod´epˆots riches en Co, les atomes de Co vont former des ˆılots aux coudes des zigzags de la reconstruction de la surface d’Au(111), comme lors d’un d´epˆot de Co pur, tandis que les atomes d’Au se placent autour. Une fois la structure amorc´ee, les atomes de Co nucl´eent pr´ef´erentiellement sur les ˆılots de Co d´ej`a form´es et ceux d’Au vont pousser autour. Un tel m´ecanisme de croissance a ´et´e exploit´e par O. Fruchart et coll. afin de faire croˆıtre des colonnes de Co sur l’Au(111) par d´epˆot s´equentiel des deux m´etaux [9]. Pour des cod´epˆots dont les concentrations en Co et d’Au sont ´equivalentes, le m´ecanisme ´evoqu´e ci-dessus n’est plus valable puisque les ˆılots d’Au coalescent bien avant que les ˆılots ordonn´es de Co puissent ˆetre aliment´es par des adatomes de Co (figure 5.4a). Il se cr´ee alors de nouveaux centres de nucl´eation pour les adatomes de Co, ce qui entraˆıne une moins bonne organisation des ˆılots de Co que dans les films Co-Au riches en Co. Cette diff´erence de formation des films de Co_xAu_1−xen fonction de la concentration va influencer fortement les propri´et´es magn´etiques comme nous allons le voir dans le pragraphe suivant.