CHAPITRE 1 - PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES DES SURFACES
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apparaissent à l’interface quand on dépose A sur B puisque les paramètres cristallins et, par conséquent, les coefficients des tenseurs de contraintes sont différents d’un métal à l’autre. Ceci ajoute u n terme supplémentaire à l’énergie d’interface. On peut alors écrire l’énergie E du système A-B comme :
(1.18)
où les N représentent les nombres d’atomes de A et B par unité d‘aire, yA et ym
les énergies de surface et d’interface. Si S est l’énergie d’étalement par unité
d’aire du substrat, on aura :
E = N E E , + N A E A + N ( y , + S )
(1.19)
avec S = & + yB - yE où &. ym et y, sont respectivement la tension superficielle de
la couche déposée, la tension interfaciaie entre le substrat et la couche (qui prend
en compte les contraintes d’interface) et la tension superficielle du substrat.
Si S est positif la croissance sera du type Volmer-Weber et s’il est négatif elle
sera du type Frank-Van der Merwe. On voit que le mode de croissance StranskiKrastanov n’est pas prédictible dans ce schéma.
Une deuxième approche, phénoménologique, est due à Bauer et Van der
Merwe(l8). Elle part du modèle décrit précédemment et suppose pour les métaux
que l’énergie d’interface est négligeable devant les tensions superficielles de l’adsorbat et du substrat. Deux paramètres sont alors pris en compte, le rapport rAs
des distances des plus proches voisins dans l’adsorbat (A) et le substrat (B) et u n
terme r, traduisant la différence des tensions de surface entre A et B :
(1.20)
La confrontation de ces données avec les observations expérimentales permet de
prévoir u n mouillage si rm < 0,5 avec rm < 1 ou TAB > 1,15. Appliquons ce critère
a u système cobalt-platine pour la face (001). On a : rCoPt = 2.51 /2,77 soit rCoPt < 1
avec yco = 2,709 et ypt = 2,691 (J.m-2), ce qui donne : rCoPt = 0,007 < 0,5. On voit
que le cobalt peut mouiller le platine et inversement le platine mouiller le cobalt.
Des croissances Frank-Van der Merwe sont attendues et la réalisation de multicouches Co-Pt, importantes pour leurs propriétés d’anisotropie magnétique perpendiculaire, sera envisageable.
Dans ces approches macroscopiques, les différences d’élasticité entre le substrat et l’adsorbat sont certes prises en compte mais de façon implicite. Pourtant
l’élasticité joue u n rôle majeur dans la croissance des couches ultra-minces.
Quand on a une croissance en îlots, selon le mode de Volmer-Weber, si l’élasticité est négligeable, la croissance se poursuit de façon homothétique. On
conserve la forme extérieure de l’îlot pendant toute la croissance. Un bel exemple
peut être trouvé dans le cas de la croissance du plomb sur le g r a ~ h i t e ‘ ~ ) .
Au
moment de la coalescence des îlots, on observe u n processus du type << mûrissement d’Ostwald >> : les gros cristaux absorbent les plus petits puisque le potentiel
chimique des gros cristaux est inférieur à celui des petits.
rm = ~ ( ( Y A
- Y S ) / ( Y A + Y E ) I
(18) Bauer E. et Van der Merwe, Structure and growth of crystalline superlattices : from
monolayer to superlattice. Phys. Reu. B 33 (1986) 3657-3671.
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apparaissent à l’interface quand on dépose A sur B puisque les paramètres cristallins et, par conséquent, les coefficients des tenseurs de contraintes sont différents d’un métal à l’autre. Ceci ajoute u n terme supplémentaire à l’énergie d’interface. On peut alors écrire l’énergie E du système A-B comme :
(1.18)
où les N représentent les nombres d’atomes de A et B par unité d‘aire, yA et ym
les énergies de surface et d’interface. Si S est l’énergie d’étalement par unité
d’aire du substrat, on aura :
E = N E E , + N A E A + N ( y , + S )
(1.19)
avec S = & + yB - yE où &. ym et y, sont respectivement la tension superficielle de
la couche déposée, la tension interfaciaie entre le substrat et la couche (qui prend
en compte les contraintes d’interface) et la tension superficielle du substrat.
Si S est positif la croissance sera du type Volmer-Weber et s’il est négatif elle
sera du type Frank-Van der Merwe. On voit que le mode de croissance StranskiKrastanov n’est pas prédictible dans ce schéma.
Une deuxième approche, phénoménologique, est due à Bauer et Van der
Merwe(l8). Elle part du modèle décrit précédemment et suppose pour les métaux
que l’énergie d’interface est négligeable devant les tensions superficielles de l’adsorbat et du substrat. Deux paramètres sont alors pris en compte, le rapport rAs
des distances des plus proches voisins dans l’adsorbat (A) et le substrat (B) et u n
terme r, traduisant la différence des tensions de surface entre A et B :
(1.20)
La confrontation de ces données avec les observations expérimentales permet de
prévoir u n mouillage si rm < 0,5 avec rm < 1 ou TAB > 1,15. Appliquons ce critère
a u système cobalt-platine pour la face (001). On a : rCoPt = 2.51 /2,77 soit rCoPt < 1
avec yco = 2,709 et ypt = 2,691 (J.m-2), ce qui donne : rCoPt = 0,007 < 0,5. On voit
que le cobalt peut mouiller le platine et inversement le platine mouiller le cobalt.
Des croissances Frank-Van der Merwe sont attendues et la réalisation de multicouches Co-Pt, importantes pour leurs propriétés d’anisotropie magnétique perpendiculaire, sera envisageable.
Dans ces approches macroscopiques, les différences d’élasticité entre le substrat et l’adsorbat sont certes prises en compte mais de façon implicite. Pourtant
l’élasticité joue u n rôle majeur dans la croissance des couches ultra-minces.
Quand on a une croissance en îlots, selon le mode de Volmer-Weber, si l’élasticité est négligeable, la croissance se poursuit de façon homothétique. On
conserve la forme extérieure de l’îlot pendant toute la croissance. Un bel exemple
peut être trouvé dans le cas de la croissance du plomb sur le g r a ~ h i t e ‘ ~ ) .
Au
moment de la coalescence des îlots, on observe u n processus du type << mûrissement d’Ostwald >> : les gros cristaux absorbent les plus petits puisque le potentiel
chimique des gros cristaux est inférieur à celui des petits.
rm = ~ ( ( Y A
- Y S ) / ( Y A + Y E ) I
(18) Bauer E. et Van der Merwe, Structure and growth of crystalline superlattices : from
monolayer to superlattice. Phys. Reu. B 33 (1986) 3657-3671.