Une autre voie d’exploration qui peut ˆetre ouverte `a l’issue du travail pr´ec´edent est l’´etude de l’influence d’une pointe sur la diffusion de deux esp`eces diff´erentes A et B d´epos´ees sur un mˆeme substrat. L’id´ee soujacente est de d´eterminer si des ´energies lat´erales diff´erentes entre adsorbats peuvent ˆetre `a l’origine de la cr´eation d’un ordre particulier ou de l’adsorption pr´ef´erentielle d’une seule esp`ece le long de la marche. Il s’agit l`a d’une premi`ere tentative que nous avons men´ee `a titre d’exploration. Nous r´eutilisons pour cela les mod`eles de potentiels pr´esent´es pr´ec´edemment. Nous avons choisi de garder les mˆemes corrugations de surface pour chacun des deux adsorbats : EA
d = EdB. En revanche, des
affinit´es diff´erentes caract´erisent celles-ci au niveau de la marche : ∆VA
3→4 = 0.625 et
∆VB
3→4 = 1.25Ed. Ce choix, compte tenu des r´esultats sur l’adsorption d’un fil, devrait
favoriser l’adsorption pr´ef´erentielle de B par rapport `a A en bordure de marche et donc la formation de deux fils monoatomiques distincts. De mˆeme les interactions lat´erales sont d’amplitude variable suivant les esp`eces impliqu´ees dans la liaison : EAA
a = EaBB = 1.5×Ed
et EAB
a = 0.5 × Ed. Ce choix d´elib´er´e correspond, si nous nous r´ef´erons au mod`ele d’Ising
utilis´e en statistique `a la formation d’un alliage binaire ordonn´e avec d’un cot´e des atomes de type A et de l’autre des atomes de type B. Nous analysons dans un premier temps cette situation `a l’aide de notre programme KMC sur une surface parfaite avant d’aborder une surface vicinale.
2.6.1
Cas d’une surface id´eale
Dans cette partie, la surface de grandes dimensions (100×100) ne pr´esente aucun d´efaut. Parmi les diff´erents modes op´eratoires, nous ne consid´erons que l’action d’une pointe r´epulsive pour les deux esp`eces (mode not´e RA− RB). La pointe balaie la surface
et modifie la forme des ˆılots. La figure (2.10) pr´esente trois clich´es de la surface obtenus `a la temp´erature de 10 K et `a divers instants de la simulation : (a) apr`es le d´epˆot des atomes, (b) apr`es 20 passages RA− RB complets (comme il n’y a plus de d´efaut ´etendu,
toutes les rang´ees sont alors parcourues) de la pointe et (c) apr`es 50 passages RA− RB
complets de la pointe.
Fig.2.10 –Clich´es d’un m´elange ´equivalent d’atomes A et B (θA= θB=0.1 ML) d´epos´es sur une surface
propre `a la temp´erature de 10K (F =0.001 ML/s) : apr`es le d´epˆot (a), apr`es 20 balayages RA− RB (b) et
apr`es 50 balayages RA− RB (c). Les cercles noirs rep´esentent les atomes de type A et les cercles rouges
les atomes de type B.
La figure illustre bien la diff´erence entre la croissance qui est par nature un ph´enom`ene hors ´equilibre et la thermodynamique, science par d´efinition de l’´equilibre. En effet, mˆeme si les potentiels imposent en principe l’obtention d’ˆılots tr`es ordonn´es, les ˆılots obtenus ici pr´esentent une structure fractale `a basse temp´erature et ne laissent apparaˆıtre auncun ordre local ou `a grande ´echelle. La temp´erature impos´ee au syst`eme ne permet pas aux atomes de mˆemes esp`eces de diffuser suffisament pour se regrouper entre eux. Le syst`eme reste pi´eg´e dans son ´etat hors ´equilibre. Une augmentation de la temp´erature permettrait de rejoindre l’´equilibre (ˆılots de type A ou B). Ce qui est remarquable ici, c’est que la pointe joue aussi ce rˆole. En effet, apr`es 20 passages de la pointe au dessus de la surface, la structure fractale a disparu et des ˆılots compacts se sont form´es. De plus ces derniers sont ordonn´es dans la mesure o`u nous voyons clairement apparaˆıtre des parties d’ˆılots compos´ees uniquement d’atomes d’esp`eces A ou d’esp`eces B. Apr`es 50 passages cet effet est d´efinitivement renforc´e puisque le nombre d’ˆılots diminue encore et les deux esp`eces sont encore mieux s´epar´ees. La pointe STM permet ici d’amener le syst`eme d’un ´etat cin´etique m´etastable `a son ´etat d’´equilibre thermodynamique.
Fig. 2.11 – Nombres d’atomes attach´es respectivement `a 2, 3 ou 4 voisins de leur propre esp`ece, apr`es
le d´epˆot (barres vides) et 50 balayages de type RA− RB (barres hachur´ees).
Pour conclure cette analyse, nous pr´esentons sur la figure (2.11), toujours pour une temp´erature de 10 K, le nombre d’atomes qui poss´edent 2, 3 ou 4 liaisons avec des atomes qui leur sont identiques (liaison de type A-A ou B-B). Avant d’amener la pointe au des- sus de la surface, nous recensons tr`es peu d’adsorbats dont le nombre de liaisons avec un atome identique est sup´erieur `a deux. Ces nombres confirment les observations faites pr´ec´edemment concenant la structure fractale (peu d’atomes poss´edant plus de deux liai- sons) des ˆılots et leur d´esordre (nature de la liaison). Apr`es 50 balayages de type RA−RB,
la tendance est largement invers´ee puisque, au contraire le nombre d’adsorbats ne contrac- tant que deux liaisons avec des atomes de mˆeme esp`ece d´ecroˆıt au profit de ceux formant 4 liaisons de type A-A ou B-B.
La pr´eparation d’alliages semble en principe pouvoir ˆetre assist´ee et contrˆol´ee `a l’aide d’une sonde STM. Ceci `a condition bien sur de choisir les param`etres clef ad´equats (temp´erature, nombre et type de balayages effectu´es par la pointe ....).
2.6.2
Cas d’une surface vicinale
Parmi les diff´erents modes op´eratoires possibles, nous ne consid´erons que l’action d’une pointe r´epulsive pour les deux esp`eces A et B en pr´esence (mode not´e RA− RB) ou bien
attractive vis `a vis de l’esp`ece A et r´epulsive par rapport `a B (mode d´esign´e par AA−RB).
Nous choisissons de consid´erer des balayages complets (de la rang´ee 7 `a la rang´ee 3) et parall`eles de la surface. La figure (2.12) montre l’´evolution du taux θA= NNA
A+NB d’atomes
de type A situ´es dans chacune des 8 rang´ees avant et apr`es 50 passages de la pointe en mode RA− RB et AA− RB. Les simulations sont effectu´ees `a une temp´erature de 5 K
pour laquelle nous sommes sˆurs qu’aucune diffusion n’est activ´ee et ne vient contrebalancer l’effet de la pointe.
Fig. 2.12 –Taux d’atomes de type A (θA) dans chacune des 8 rang´ees `a T =5 K : apr`es le d´epˆot (ronds
pleins), apr`es 50 passages RA− RB (carr´es vides) et apr`es 50 passages AA− RB (triangles vides). Les
clich´es (a) et (b) pr´esentent l’´etat de la surface apr`es les 50 RA− RB et AA− RB respectivement. Les
atomes A sont symbolis´es par les ronds pleins et les atomes B par les ronds vides.
Apr`es le d´epˆot, lorsque la pointe n’a pas encore ´et´e amen´ee au dessus de la surface, le taux d’esp`ece A dans chaque rang´ee est de l’ordre de 0.5 except´e pour les lignes 2 et 8. N´eanmoins, si nous nous r´ef´erons au tableau (2.5) qui donne le taux d’occupation total de chaque ligne, nous notons que ces deux lignes sont tr`es peu peupl´ees par rap- port aux autres (ce d´epeuplement est tout simplement li´e `a la pr´esence de la marche qui, mˆeme `a basse temp´erature, d´efavorise les sites de type 2 et 4). Il est donc peu pertinent de tirer des conclusions quant `a ces deux valeurs atypiques. Les deux modes test´es ont des cons´equences compl`etement diff´erentes sur la composition du nanofil form´e en bord de marche et ´egalement quant `a l’occupation des sites de terrasse. Comme nous pou- vions l’attendre le mode RA− RB permet d’obtenir deux lignes d’atomes compl`etement
d´esordonn´ees en bas de marche et rien en terrasse. Par d´esordonn´e, nous voulons dire que comme le montre le clich´e (a) chacun des deux fils est compos´e quasiment pour moiti´e d’esp`eces A et d’esp`eces B, et de plus qu’aucun ordre local ou enchainement p´eriodique ne peut ˆetre mis en ´evidence dans ces fils. Le mode AA− RB permet de concentrer tous les
r´epulsif exerc´e sur cette esp`ece. En ce qui concerne l’esp`ece A, interagissant de mani`ere attractive avec la pointe, une quantit´e non n´egligeable de ces atomes (voir clich´e (b)) reste en terrasse. Pour ce mode, nous pouvons donc faire apparaˆıtre la notion de tri dans la mesure ou chaque esp`ece sera principalement concentr´ee en terrasse ou en bord de marche. Ces premiers r´esultats laissent `a penser que la pointe STM pourraient ˆetre un outil per- mettant de s´eparer s´electivement deux esp`eces diff´erentes ayant des interactions distinctes avec la pointe. Toutefois, il semble que la largeur des terrasses consid´er´ee ici (W=8) ne soit pas suffisante pour permettre une r´eorganisation compl`ete et/ou l’obtention en bord de marche de deux structures chacune constitu´ee d’un seul type d’atome.
num´ero de la rang´ee θ apr`es le d´epˆot 50 RA− RB 50 AA− RB
1 0.66 1.00 1.00 2 0.05 0.99 0.41 3 0.20 0.01 0.07 4 0.23 0.00 0.10 5 0.21 0.00 0.11 6 0.23 0.00 0.18 7 0.43 0.00 0.13 8 0.01 0.00 0.00
Tab. 2.5 – Densit´e θ d’atomes A et B dans chacune des 8 rang´ees de la surface. θ = NA+NB
Nsite o`u Nsite
est le nombre de sites accessibles d’une rang´ee.