Recherche Avancée

Thèse soutenue

Elaboration, caractérisation et interaction avec l'eau de couches minces d'oxyde de fer déposées sur Cu(111), MgO(001) et Al2O3(-1012)

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Auteur / Autrice : Christian Ruby
Direction : Jean-Marie Génin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Nancy 1
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Résumé

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Dans ce travail, nous avons montré qu'il est possible d'élaborer plusieurs types de surface modèle d'oxyde de fer. La caractérisation in situ des films minces est réalisée à l'aide des techniques RHEED, LEED, AES et XPS. La spectroscopie Raman a également permis d'analyser plusieurs échantillons remis à l'air. Les substrats utilisés sont Cu(111), MgO(001), Al2O3(-1012) et une lame de fer pur polycristalline. A 300 K, l'oxydation sous basse pression d'oxygène du fer déposé sur Cu(111) conduit à un oxyde de fer d'épaisseur maximale de l'ordre de 10 A. Sur MgO(001), des surfaces de wüstite Fe(1-x)O(001) et de magnétite Fe3O4(001) ont été élaborées en évaporant du fer sous pression partielle d'oxygène. Les surfaces de wüstite sont néanmoins très instables et se transforment entièrement en magnétite suite à une exposition de 1000 L d'oxygène. Sur Al2O3(-1012), une image de diffraction RHEED correspond à l'épitaxie souhaitée de [alpha]Fe2O3(-1012). Les résultats ne sont cependant pas reproductibles et par XPS, on identifie une phase de type Fe3O4. L'étude de l'oxydation d'une lame de fer polycristalline nous a montré que pour obtenir une surface de composition Fe2O3, il est nécessaire d'effectuer l'oxydation à 600 K sous pression atmosphérique d'oxygène. Ce traitement peut être appliqué à l'interface Fe3O4/MgO et on observe une transformation de phase de surface de type Fe3O4->[gamma]Fe2O3. Enfin, l'interaction avec H2O des surfaces de magnétite obtenues a été étudiée par XPS. L'interaction avec la vapeur d'eau est faible et on observe peu d'évolution sur le spectre O1s. Lorsque les surfaces sont immergées dans l'eau distillée, la forme du spectre O1s évolue sensiblement. On attribue cette évolution à l'adsorption d'environ 3 MC d'espèces hydroxyles et d'eau moléculaire.