Propriétés physico-chimiques
des surfaces
R Le réel n’est jamais (( ce que l’on pourrait croire N
mais toujours ce que l’on aurait dû penser
(. ..) Rien ne va de soi. Rien n’est donné. Tout est construit. ))
Gaston Bachelard
En cherchant, aussi brièvement que possible, ce que la thermodynamique nous
permet de prédire sur la stabilité et l’évolution des surfaces solides (Sect. 1.3).
nous verrons, comme nous l’avons indiqué dans l’avant-propos, que, loin d’être
des limites franches, les surfaces et les interfaces sont des régions d’extension
spatiale floue où certaines propriétés du matériau peuvent être très différentes
de celles qu’elles sont dans le volume. Cette approche a l’avantage de faire u n
lien avec la technologie puisque développer des matériaux nouveaux suppose de
modifier localement des propriétés et que la miniaturisation revient à multiplier
le nombre de surfaces et interfaces.
Pendant longtemps, étudier une surface est surtout revenu à chercher des
propriétés macroscopiques liées à l’adsorption de molécules (méthode BET
(Brunauer, Emett, Teller), isothermes d‘adsorption, surface spécifique). Dans les
années soixante, les progrès de la technologie de l’ultravide ont facilité le développement de nouvelles méthodes de caractérisation structurales et analytiques
et ont permis celui de réelles études des surfaces à l’échelle micro- ou nanoscopique. Évidemment, dans u n premier temps, il fallait valider ces méthodes sur
des matériaux simples et pendant plus d u n e décennie seules des faces simples
de monocristaux ont été étudiées. Elles fournissaient de nombreux sujets de
débats et de controverses. Par exemple, il aura fallu attendre plus de vingt-cinq
ans et la découverte de la microscopie à effet tunnel (STM) pour résoudre la
structure de la face propre (1 11) du silicium. L’étude de l’interface entre l’argent
et le silicium s’est prolongée sur plus d’une décennie avant que des modèles
satisfaisants soient acceptés. Ces cas, certes assez académiques, ont permis de
jauger chacune des nouvelles méthodes de caractérisation des surfaces. Enfin,
dans la dernière décennie, ces méthodes ont pu entrer petit à petit dans le
domaine industriel et ont permis de féconder les développements récents de
nouveaux matériaux de structure ou de fonction.
Notre cheminement suivra u n peu cette évolution, allant de la description
naïve d’une surface supposée parfaite à celle d u n système complexe.
des surfaces
R Le réel n’est jamais (( ce que l’on pourrait croire N
mais toujours ce que l’on aurait dû penser
(. ..) Rien ne va de soi. Rien n’est donné. Tout est construit. ))
Gaston Bachelard
En cherchant, aussi brièvement que possible, ce que la thermodynamique nous
permet de prédire sur la stabilité et l’évolution des surfaces solides (Sect. 1.3).
nous verrons, comme nous l’avons indiqué dans l’avant-propos, que, loin d’être
des limites franches, les surfaces et les interfaces sont des régions d’extension
spatiale floue où certaines propriétés du matériau peuvent être très différentes
de celles qu’elles sont dans le volume. Cette approche a l’avantage de faire u n
lien avec la technologie puisque développer des matériaux nouveaux suppose de
modifier localement des propriétés et que la miniaturisation revient à multiplier
le nombre de surfaces et interfaces.
Pendant longtemps, étudier une surface est surtout revenu à chercher des
propriétés macroscopiques liées à l’adsorption de molécules (méthode BET
(Brunauer, Emett, Teller), isothermes d‘adsorption, surface spécifique). Dans les
années soixante, les progrès de la technologie de l’ultravide ont facilité le développement de nouvelles méthodes de caractérisation structurales et analytiques
et ont permis celui de réelles études des surfaces à l’échelle micro- ou nanoscopique. Évidemment, dans u n premier temps, il fallait valider ces méthodes sur
des matériaux simples et pendant plus d u n e décennie seules des faces simples
de monocristaux ont été étudiées. Elles fournissaient de nombreux sujets de
débats et de controverses. Par exemple, il aura fallu attendre plus de vingt-cinq
ans et la découverte de la microscopie à effet tunnel (STM) pour résoudre la
structure de la face propre (1 11) du silicium. L’étude de l’interface entre l’argent
et le silicium s’est prolongée sur plus d’une décennie avant que des modèles
satisfaisants soient acceptés. Ces cas, certes assez académiques, ont permis de
jauger chacune des nouvelles méthodes de caractérisation des surfaces. Enfin,
dans la dernière décennie, ces méthodes ont pu entrer petit à petit dans le
domaine industriel et ont permis de féconder les développements récents de
nouveaux matériaux de structure ou de fonction.
Notre cheminement suivra u n peu cette évolution, allant de la description
naïve d’une surface supposée parfaite à celle d u n système complexe.