10
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
911 2
I .
Description des surfaces
711 2
611 2
spheres dures (cfc)
1 .I. Surface idéale d’un solide
Pour créer une surface idéale à partir d’un solide cristallin, on imagine un plan
quelconque (hkl) faisant un angle faible avec un plan dense tel que (OOl), (1 11) ou
(1 10). On ôte alors un à u n les atomes situés d u n côté de ce plan qui traverse le
cristal massif. Faire ce clivage pour obtenir une face vicinale coûtera de l’énergie puisqu’on coupe des liaisons chimiques. Partant d’un assemblage de sphères
dures (représentant par exemple le mode cubique à faces centrées : cfc -fee) ou
de cubes (représentant le mode cubique centré : cc - bcc), on obtient à température nulle et à l’échelle microscopique des terrasses (terraces : T ) , constituées de
portions de plans denses séparées par des gradins ou des marches (steps) qui
forment des contremarches ou lisières (ledges : L ) sur lesquelles se forment des
décrochements appelés crans (kinks : K ) .
Dans ce modèle, appelé TLK d’après les initiales des mots anglais terrace,
ledge, kink (Fig. 1. l a ) , les atomes peuvent occuper des sites sur les terrasses ( l ) ,
au bord des gradins (2) ou sur les crans (3) avec les coordinences suivantes par
rapport à u n atome de volume.
Tableau 1 .I. Coordinence d’un atome selon sa position dans le modèle TLK.
I 516 I 4/6 I 3/6 I
cubes (cc)
I
Quel que soit le modèle d’assemblage, les atomes en position de cran ont une
coordinence égale à la moitié de celle des atomes du volume. Cette propriété a
été utilisée pour calculer l’énergie de ces atomes à partir de l’énergie de cohésion
(définie comme la différence entre l’énergie de l’atome libre et l’énergie cristalline), elle-même reliée à l’enthalpie de sublimation. Des calculs récents montrent
que c’est loin d’être exact (Hecquet et Salanon, 1996“)). En effet, chaque fois
qu’on coupe une liaison, le champ effectif vu par les atomes en place est modifié.
I1 faut donc apporter une correction à ce modèle naïf au travers d’une formule u n
peu
Quand on élève la température d’une telle surface, l’énergie d‘activation thermique provoque le mouvement des atomes qui diffusent sur la surface à partir
de leur position d’équilibre, introduisant une rugosité des marches et des terrasses (roughening). Quatre nouvelles positions sont alors possibles (Fig. 1. l b ) :
l’adatome sur une terrasse (4), la lacune dans une terrasse (5), l’adatome sur
(1) Hecquet P. et Salanon B., Step interactions and surface stability of Cu vicinals, SurJ
Sci. 366 (1996) 415-431.
(2) Lapujoulade J., The roughening of metal surfaces, Sur$ Sci. Rep. 20 (1994) 191-249.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
911 2
I .
Description des surfaces
711 2
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spheres dures (cfc)
1 .I. Surface idéale d’un solide
Pour créer une surface idéale à partir d’un solide cristallin, on imagine un plan
quelconque (hkl) faisant un angle faible avec un plan dense tel que (OOl), (1 11) ou
(1 10). On ôte alors un à u n les atomes situés d u n côté de ce plan qui traverse le
cristal massif. Faire ce clivage pour obtenir une face vicinale coûtera de l’énergie puisqu’on coupe des liaisons chimiques. Partant d’un assemblage de sphères
dures (représentant par exemple le mode cubique à faces centrées : cfc -fee) ou
de cubes (représentant le mode cubique centré : cc - bcc), on obtient à température nulle et à l’échelle microscopique des terrasses (terraces : T ) , constituées de
portions de plans denses séparées par des gradins ou des marches (steps) qui
forment des contremarches ou lisières (ledges : L ) sur lesquelles se forment des
décrochements appelés crans (kinks : K ) .
Dans ce modèle, appelé TLK d’après les initiales des mots anglais terrace,
ledge, kink (Fig. 1. l a ) , les atomes peuvent occuper des sites sur les terrasses ( l ) ,
au bord des gradins (2) ou sur les crans (3) avec les coordinences suivantes par
rapport à u n atome de volume.
Tableau 1 .I. Coordinence d’un atome selon sa position dans le modèle TLK.
I 516 I 4/6 I 3/6 I
cubes (cc)
I
Quel que soit le modèle d’assemblage, les atomes en position de cran ont une
coordinence égale à la moitié de celle des atomes du volume. Cette propriété a
été utilisée pour calculer l’énergie de ces atomes à partir de l’énergie de cohésion
(définie comme la différence entre l’énergie de l’atome libre et l’énergie cristalline), elle-même reliée à l’enthalpie de sublimation. Des calculs récents montrent
que c’est loin d’être exact (Hecquet et Salanon, 1996“)). En effet, chaque fois
qu’on coupe une liaison, le champ effectif vu par les atomes en place est modifié.
I1 faut donc apporter une correction à ce modèle naïf au travers d’une formule u n
peu
Quand on élève la température d’une telle surface, l’énergie d‘activation thermique provoque le mouvement des atomes qui diffusent sur la surface à partir
de leur position d’équilibre, introduisant une rugosité des marches et des terrasses (roughening). Quatre nouvelles positions sont alors possibles (Fig. 1. l b ) :
l’adatome sur une terrasse (4), la lacune dans une terrasse (5), l’adatome sur
(1) Hecquet P. et Salanon B., Step interactions and surface stability of Cu vicinals, SurJ
Sci. 366 (1996) 415-431.
(2) Lapujoulade J., The roughening of metal surfaces, Sur$ Sci. Rep. 20 (1994) 191-249.