La lithographie STM

nier pulse, une liaison pendante a quand même créée. Les deux liaisons pendantes, ainsi construite l’une après l’autre, sont séparées d’environ 1,4 nm, ce qui correspond à quatre fois la distance inter-dimères sur une rangée.

Nous avons déterminé, par contact tunnel (cf. chapitre 3), que le rayon de cour- bure de nos pointes était de 30 nm. Ceci implique que la distance minimale entre 2 apex de pointes STM pour contacter un fil atomique serait de 60 nm. Le fil ato- mique à construire devra alors avoir une longueur de plus de 60 nm. Il faudrait donc enlever 70 atomes d’hydrogène. Les fils atomiques construits atome-par-atome ici, dans nos conditions expérimentales, ne pourrons pas être suffisamment longs pour effectuer une mesure de conductances. Nous nous sommes, de ce fait, orientés vers le mode lithographie STM de construction des fils atomiques de liaisons pendantes.

6.2

La lithographie STM

Le deuxième mode de constructions de fils atomiques par désorption STM est ap- pelé mode dynamique par désorption. Dans ce cas, la pointe est déplacée de manière rectiligne le long d’une rangée de dimères d’hydrogènes tout en gardant la boucle de contre-réaction active. Le but ici est de garder le courant constant le long du chemin choisi pour ne pas soumettre la zone à un courant tunnel trop intense. On sélec- tionne d’abord, une zone de la surface avec le moins de défauts possible de façon à ne pas altérer le futur fil atomique. On doit, ensuite, choisir la vitesse de balayage pour le passage de l’apex de la pointe au-dessus de la rangée de dimères. Cette vi- tesse est liée au temps optimum que doit passer la pointe au-dessus de chaque atome d’hydrogène pour assurer une bonne efficacité des effets inélastiques induits. Si la vi- tesse de balayage est trop faible, alors les électrons de la pointe du STM vont exciter une zone déjà désorbée pendant une durée plus longue. Les électrons injectés vont alors être perdus dans le substrat et influer sur l’apparition de nouveaux défauts liés à l’excitation électronique de toute la zone située autour de l’apex de la pointe. On doit, de ce fait, limiter les pertes électroniques, liées à la durée d’exposition de chaque atome d’hydrogène au courant tunnel sous la pointe. Inversement, si la vi- tesse est trop grande, alors les atomes d’hydrogènes ne seront pas soumis au même taux d’électrons incidents et ne seront, par conséquent, pas tous désorbés [81].

Dans les exemples qui suivent, nous avons choisi d’optimiser les paramètres d’extraction pour construire un fil atomique d’une longueur de 15 nm en utilisant notre programme Matrix de manipulation atomique pour ajuster la durée de ba- layage. Par simplicité, nous n’avons fait varier que la durée de passage de la pointe au-dessus de la rangée. De plus, les paramètres de courant/tension sont amenés à

1 Etats plein s Etats vides A B C Etats vides Etats plein s 2 ₃ D E G F Etats plein s

Imagerie après le dernier pulse en tension :

FIGURE 6.4 – Tentative de création d’un début de fil atome-par-atome sur un même emplacement de balayage. Les séquences d’images (A-E) sont enregistrées ici à -1,7V et 100pA (états pleins). On positionne la pointe à côté de la liaison pendante tout juste créée et on applique le pulse aux mêmes conditions (+2 V ;100 pA). La deuxième liaison pendante apparaît seulement deux dimères plus loins. La dernière impulsion en tension a, par ailleurs, crée un troisième défaut un peu plus loin sur une autre rangée de dimère (cercle rose). Les séquences finales après la dernière impulsion en tension sont égale- ment données pour +1,7V pour 280 pA (états vides) mettant en évidences les nouveaux défauts apparus.

être modifiés par rapport à la désorption atome-par-atome en gardant la pointe rela- tivement proche de la surface.

6.2. La lithographie STM 93 T t -2 V; 100pA +2V; 100pA t T t T -2 V; 100pA

t

T

FIGURE6.5 – Fil monoatomique créé en balayant la rangée de dimères une seule fois à une vitesse de 3 nm.s−1 pour une tension de +2,5 V et un courant de 2 nA. Le fil ainsi obtenu n’est pas homogène sur une seule rangée de dimères. En A, l’image en états vides à gauche a été enregistrée à +2 V pour 100 pA, tandis que celle en états pleins -2 V pour 100 pA. Une interprétation possible de la structure atomique du fil est représenté sur la figure B superposée à l’image en états pleins en A.

en son milieu. La discontinuité apparaissant ici par le changement d’une rangée de H à l’autre au cours de la construction du fil peut être due à un changement d’état atomique de la pointe au cours de la désorption des hydrogènes. Chaque liaison pendante est séparée de T = 0,77 nm ce qui correspond à deux fois la distance inter- dimères sur une rangée. Par ailleurs, on distingue sur l’image en états vides, une zone de forte rugosité (80 pm localisée en t sur la figure 6.5), dont la largeur cor- respond à une distance inter-dimères de t = 0,4 nm en états pleins. Le fil atomique obtenu en états vides apparaît entouré d’un halo sombre de 2nm de largeur environ, comme dans le cas de la liaison pendante du paragraphe précédent (figure 6.2). Ce halo est parfaitement homogène en raison de la régularité de structure du fil sur les deux parties continues et laisse apparaitre les hydrogènes situés en directe proxi- mité avec le fil. On repère la discontinuité du fil (indiquée par le cadre vert sur la figure) en imagerie en états vides et en imagerie en états pleins. Ce fil correspond à 20 atomes de H désorbés et à 4 défauts, soit une longueur totale de 15 nm.

Pour obtenir des fils parfaitement monoatomiques, nous avons reproduit plu- sieurs fois le passage de la pointe sur le même chemin de construction utilisé lors du premier passage. Cependant, la pointe n’étant jamais complètement stable on enlève toujours au minimum et aléatoirement un des deux hydrogènes des dimères de la rangée.

Le fil atomique de la Fig. 6.5 est relativement simple à construire dès lors que la surface-support d’étude contient peu de défauts et que la pointe reste stable. Cepen- dant, les paramètres ajustables sont plus nombreux à connaître que dans le cas de la désorption atome-par-atome. De plus, la surface employée dans cette section n’étant pas exempte de défauts. Et, les balayages successifs de la pointe pour construire complètement ce fil se succédant, ce dernier finit par se modifier au cours du temps.