Etude des variations de la distance pointe-surface dans un microscope a effet tunnel. Application a une nouvelle imagerie de surface

par GREGORY SEINE

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jacques Beauvillain.

Soutenue en 1999

à Toulouse 3 .

mots clés

Résumé

Une etude theorique et experimentale des variations de la distance pointe-surface s dans un microscope a effet tunnel en fonction de la tension de polarisation v a courant tunnel i constant est proposee. Apres une revue de differents modeles du courant tunnel, une extension a trois dimensions du modele de simmons est realisee en modelisant la pointe par un hyperboloide de revolution. Les resultats experimentaux ont ete obtenus dans l'air et l'ultravide, avec des pointes en or sur de surfaces d'or et de graphite. Les caracteristiques s(v) a i constant presentent un aspect general logarithmique. Dans tous les milieux, des dispersions en amplitudes en fonction de la pointe utilisee et de la zone observee ont ete observees. La contamination des electrodes modifie fortement l'aspect quantitatif des experiences. La comparaison theorie-experience montre que le meilleur accord est obtenu entre notre modification du modele de simmons et les experiences sous ultravide avec des pointes nettoyees. A l'air, aucun modele ne decrit les resultats obtenus. L'interpretation fait appel aux deformations elastiques de la jonction tunnel creees par l'interaction mecanique pointe-surface vehiculee par la couche de contamination. Elle permet d'introduire un parametre phenomenologique, defini comme le rapport de l'amplitude experimentale sur l'amplitude theorique, dans notre modele. Ce parametre permet d'obtenir une excellente description des resultats experimentaux, meme a l'air, par le modele. Nous presentons enfin les debuts de l'imagerie en amplitude. Les contrastes obtenus sont lies a la hauteur locale apparente de barriere tunnel. L'etude sur de l'or polycristallin montre que l'imagerie est sensible a l'orientation cristallographique de la surface. L'etude sur du graphite montre que les amplitudes varient a l'echelle atomique et dependent des deformations elastiques au niveau des sites atomiques. L'etude sur de l'or monocristallin a confirme la possibilite de creer des perturbations de surface stables dans le temps puis d'initier la reconstruction des surfaces. L'imagerie s'est averee tres sensible aux perturbations engendrees.

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