Morphologie et stabilité des surfaces cristallines nanostructurées, dynamique des instabilités: Théorie et modélisation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Morphology and stability of crystalline surfaces nanostructured dynamic instabilities: Theory and modeling

Morphologie et stabilité des surfaces cristallines nanostructurées, dynamique des instabilités: Théorie et modélisation

Résumé

Crystal surfaces play an essential role in many nanotechnological applications since a surface is often a necessary support for nano-objects. The surface-support in question can in turn be nanostructured, and influence significantly the properties of the materials. Thus, understanding the driving mechanisms at the origin of surface instabilities in order to control the surface morphology and hence control nanostructures properties is an important challenge. The work presented in this thesis constitutes a theoretical study accompanied by Monte Carlo simulations concerned with various instabilities induced by growth and the dynamics of steps. It is a contribution to the understanding of the microscopic mechanisms controlling these instabilities. Two approaches were followed in this work: the first one is a statistical study which consists of analyzing the morphology of an unstable surface, then to propose numerical models (Ehrlich-Schwoebel barrier, impurities) and analytic equations which are able to describe these instabilities to eventually explain the atomistic mechanisms. The second one is a dynamical study of fluctuating steps. Here, the purpose is to find the exact atomic mechanisms controlling the motion of the steps and the exchange of matter between them, using measurements of the terrace width distribution (TWD). The results of this work led to the description of new mechanisms of spontaneous nanostructuration [impurities], as well as the numerical validation of new mathematical tools [Fokker-Planck approach] to describe the fluctuations of the separation between steps (TWDs) on surfaces far from equilibrium.
Les surfaces cristallines jouent un rôle essentiel dans grand nombre d'applications des nanotechnologies, une surface étant souvent un support nécessaire pour des nano-objets. La surface support peut être à son tour nano-structurée, et intervenir ainsi directement dans les propriétés du matériau réalisé. Ainsi, parmi les défis à relever pour maîtriser la morphologie de la surface et donc contrôler les nanostructures, il y a la compréhension des mécanismes moteurs à l'origine des instabilités de surface. Ce travail de thèse constitue une étude théorique accompagnée par des simulations Monte-Carlo de la dynamique des instabilités de croissance. C'est une contribution à la compréhension des mécanismes microscopiques gouvernant ces instabilités. Deux démarches ont été suivies dans cette étude : la première est une étude statistique qui consiste à analyser la morphologie de la surface instable, puis de proposer des modèles numériques (barrière Ehrlich-Schwoebel, impuretés) et des équations analytiques capables de décrire ces instabilités et remonter enfin aux mécanismes atomistiques sous-jacents. La deuxième, est une étude de la dynamique des marches qui a pour but de prévoir puis de déterminer les mécanismes atomistiques exacts gouvernants le mouvement de ces marches et les échanges de matière entre elles à l'aide de mesures de la distribution de largeur des terrasses (TWD). Les résultats de ce travail ont abouti à la mise en évidence de nouveaux mécanismes de nanostructuration spontanée [impuretés], ainsi que sur le développement et la validation numérique de nouveaux outils mathématiques [approche de Fokker-Planck] pour décrire les fluctuations des séparations entre les marches (TWDs) sur les surfaces loin de l'équilibre.
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  • HAL Id : tel-00921422 , version 1

Citer

Ajmi Ben Hadj Hamouda. Morphologie et stabilité des surfaces cristallines nanostructurées, dynamique des instabilités: Théorie et modélisation. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. Français. ⟨NNT : 2007CLF21750⟩. ⟨tel-00921422⟩
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