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Auteur(s)
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Jean-Marc GAY : Docteur ès Sciences - Chargé de recherche – Centre de recherche sur les mécanismes de la croissance cristalline CNRS – Marseille Luminy
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les surfaces des solides constituent aujourd’hui des formes de la matière condensée qui peuvent présenter un intérêt technologique de première importance autant dans le domaine de l’électronique, de l’optique ou du magnétisme, que dans celui de l’adhésion ou de la tribologie, ou bien de la catalyse. La structure particulière des surfaces solides mérite d’être précisément contrôlée pour une bonne compréhension des phénomènes qui s’y produisent. Le terme de structure est ici considéré dans un sens large et inclut autant la cristallographie de surface que la morphologie à une échelle micrométrique et submicrométrique. Le but de cet article est de présenter les principaux effets structuraux que l’on rencontre à la surface des matériaux solides. Le lecteur se reportera pour les notions de cristallographie de volume ou de surface aux articles spécialisés de ce traité. De même, les techniques expérimentales utilisées dans les études structurales de surface seront mentionnées ici par l’usage que l’on peut en faire et leur intérêt ; le lecteur trouvera le principe de ces techniques dans les articles qui leur sont consacrés dans le traité Analyse et Caractérisation.
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4. Structures atomiques des surfaces
À l’échelle atomique, une surface peut présenter des états structuraux inconnus dans la structure massive. On connaît essentiellement deux phénomènes relatifs à la cristallographie de la surface : la relaxation et la reconstruction. Par ailleurs, des états ordonnés ou désordonnés particuliers sont susceptibles de se rencontrer dans les couches de surface. Leurs origines peuvent être diverses : elles sont, par exemple, liées à la présence de défauts structuraux (marches, lacunes...), à la ségrégation dans le cas d’alliages, ou à l’adsorption d’atomes étrangers (surfactants...)
4.1 Relaxation de surface
La relaxation de surface est l’une des manifestations de la rupture de l’équilibre tridimensionnel. Cet effet correspond à un déplacement dans leur ensemble des plans atomiques situés à proximité de la surface qui conduit à des variations de la distance interplanaire, qui peuvent être positives ou négatives suivant la nature du matériau et de la face cristalline. Le phénomène de relaxation seul ne modifie pas l’ordre périodique cristallin à l’intérieur des plans parallèles à la surface. La relaxation observée sur diverses surfaces de métaux est généralement négative, ce qui correspond à une contraction du matériau au voisinage de sa surface.
HAUT DE PAGE4.2 Reconstruction de surface
La reconstruction de surface se manifeste par des changements importants de l’ordre cristallin. Ceux-ci résultent de déplacements atomiques généralement parallèles à la surface qui ne modifient pas nécessairement la maille élémentaire de surface, ou parfois de réarrangements plus profonds. Une large variété de reconstructions plus ou moins compliquées se rencontre sur les diverses surfaces solides [12] [13] [14]. Les surfaces de semiconducteurs fournissent souvent des reconstructions complexes dont l’origine est attribuée au caractère fortement directionnel de leurs liaisons de covalence. Si la surface n’était que la simple troncature du volume, des atomes de surface se retrouveraient avec des liaisons incomplètes dites pendantes, qui ne sont pas stables. La reconstruction de surface, souvent accompagnée d’un effet de relaxation, permet...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Reports on progress in Physics. - Vol. 57, 10 Institute of Physics Publishing (1994).
-
(2) - Surface science. - Vol. 299/300, Elsevier Science, North Holland (1994).
-
(3) - Le journal du CNRS. - Numéro 65 (1995).
-
(4) - Clefs, - revue trimestrielle du Commissariat à l’Énergie Atomique, numéro 23 (1992).
-
(5) - MONCH (W.) - Semiconductor surfaces and interfaces. - Springer Series in Surface Sciences-Springer (1995).
-
(6) - Structure and dynamics of surfaces II. - Éd. W. Schommers et P. von Blanckenhagen, Topics in current physics. Springer-Verlag (1987).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Cristallographie géométrique.,
-
Radiocristallographie.
-
Microscopie à sonde locale.
-
Microscopie électronique à balayage.
-
Microscopie électronique en transmission.
-
Spectroscopie des électrons Auger.
-
...
ANNEXES
Livres et revues
Surface segregation, related phenomena. - Éd. P. A. Dowben et A. Miller, CRC Press (1990).
Surfaces et interfaces of solids. - Éd. H. Lüth, Springer-Verlag (1993).
Les perspectives ouvertes en nanotechnologie par manipulation atomique sont décrites par
BALL (P.) - GARWIN (L.) - * - Nature 355, p. 761 (1992).
ZEPPENFELD (P.) - EIGLER (D.) - * - La Recherche 241, p. 360 (1992).
GREY (F.) - * - Advanced Materials, 5, p. 704 (1993).
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