Nanostructuration de la surface O/Cu(110) et rôle sur la réactivité

par Clément Poulain

Thèse de doctorat en Chimie Physique et Chimie Analytique

Sous la direction de Vincent Maurice et de Philippe Marcus.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    La miniaturisation des structures de surface servant à l'élaboration de composants aux applications variées revêt un enjeu crucial pour l'amélioration des performances et la découverte de nouvelles propriétés. Parmi les possibilités offertes pour la conception de nouvelles nanostructures, l'auto-organisation éveille un intérêt particulier comme alternative aux techniques lithographiques par sa simplicité et son moindre coût. Nous nous sommes intéressés dans ce travail de thèse à la nanostructuration de la surface O/Cu(110) et à son rôle sur la réactivité aux moyens de la microscopie à effet tunnel (STM) et de la spectroscopie d'électrons Auger (AES). Le réseau unidimensionnel périodique formé sur la surface consiste en l'alternance de bandes métalliques propres d'une part, et de bandes oxydées reconstruites (2x1) d'autre part. L'ajustement des paramètres nanostructuraux que sont la périodicité et les largeurs de bandes s'effectue par le taux de recouvrement en oxygène. Cette propriété exceptionnelle du système en fait un client idéal pour étudier le rôle de la structure sur la réactivité. Le comportement de l'échantillon en fonction de ses caractéristiques doit en effet permettre d'obtenir une meilleure compréhension de sa formation dans le but de contrôler les propriétés inhérentes à sa configuration. La méthode de préparation classique implique cependant une variation limitée des paramètres nanostructuraux. Nous avons élaboré dans ce travail de thèse une méthode alternative, basée sur la pré-adsorption de soufre, permettant d'accroître considérablement les domaines pouvant être atteints par ces paramètres. Nous avons développé un modèle, basé sur l'élasticité linéaire, décrivant les résultats obtenus par notre nouvelle méthode de nanostructuration. Nous avons ensuite exposé les nanostructures radicalement différentes à O2 et H2S. Nous avons pu constater que les mécanismes réactionnels étaient modifiés et dépendaient des paramètres nanostructuraux. L'oxydation conduit à la formation de trous monoatomiques sur les bandes propres, alors que l'exposition à H2S induit une attaque des bords de bandes ainsi que la formation d'îlots S-c(2x2) sur les bandes oxydées.

  • Titre traduit

    Nanostructuring of the surface O / Cu (110) and on the role reactivity


  • Résumé

    Miniaturisation of structures at surfaces used for devices elaboration with varied applications is a key issue for performance upgrades and the discovery of new properties. Along with potential methods for the conception of new nanostructures, self-organisation attracts much interest as an alternative for lithography techniques due to its low cost and simplicity. In this thesis, we used scanning tunnelling microscopy (STM) and Auger electron spectroscopy (AES) to study the O/Cu(110) surface nanostructuration and its role on reactivity. The one dimensional periodic pattern formed by the surface consists of alternating clean metallic and (2x1) reconstructed oxidized stripes. The adjustment of nanostructural parameters, namely the periodicity and the stripes width, is done by the oxygen coverage rate. This outstanding feature makes the system an ideal playground to study the structure role on reactivity. The sample behaviour as a function of its characteristics should indeed allow a better understanding of its formation in order to control the properties coming with its configuration. However, the classical preparation method implies a limited variation of the nanostructural parameters. In this thesis, we have elaborated an alternative method, based on sulphur pre-adsorption, which considerably widens the domains that the parameters are able to reach. We have developed a model, based on classical elasticity, which successfully describes the results obtained by our new nanostructuration method. We have then exposed radically different nanostructures to O2 and H2S. We were able to witness that the reaction mechanisms were modified and depended on the nanostructural parameters. Oxidation leads to monoatomic troughs formation on the clean stripes, whereas H2S exposure induces an attack of the stripes edges and the formation of S-c(2x2) islands on the oxidized stripes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.181-187. Index

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  • Cote : T PARIS 6 2013 153
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