Etude des propriétés électroniques des états de Shockley dans les surfaces nanostructurées auto-organisées

Electronic properties of Shockley states in self-organised nanostructured surfaces

• Auteur / Autrice : Clément Didiot
• Direction : Bertrand Kierren, Daniel Malterre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/10/2007
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Matériaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philipp Aebi, Sébastien Gautier, Bruno Grandidier, Bertrand Kierren, Daniel Malterre, Williams Sachs
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philipp Aebi, Sébastien Gautier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie tunnel

Nanostructures

États électroniques de surface

Mots clés libres

ARPES

STS

Résumé

Nous présentons ici l’investigation des propriétés électroniques, par photoémission et spectroscopie à effet tunnel, des états de Shockley présents dans des systèmes nanostructurés. Après de précédents travaux montrant le confinement électronique induit par le potentiel périodique associé au réseau de marches des faces vicinales Au(788) et Au(23 23 21), nous montrons ici les effets spectroscopiques induits par la reconstruction de surface sur ces états électroniques. Malgré la faible amplitude du potentiel électronique de la reconstruction, nous avons réussi à mettre en évidence la diffraction de Bragg associée à la super-périodicité du potentiel, conduisant notamment à l’ouverture de plusieurs gaps ainsi qu’à une modulation de la densité électronique. Nous proposons de plus une méthode originale pour déduire le potentiel électronique de la surface à partir des données expérimentales. Nous montrons également que nous pouvons produire des réseaux bidimensionnels de nanostructures métalliques en exploitant les sites de nucléation préférentiels naturellement présents sur ces faces vicinales reconstruites. L’étude de la croissance d’Ag à basse température a ainsi permis d’obtenir un réseau de nanostructures très bien ordonnée à grande échelle et présentant une distribution de taille d’îlots très piquée. Par le contrôle des dimensions caractéristiques du réseau de plots et le choix de la nature chimique des nanostructures, nous montrons qu’en plus de structurer à l’échelle nanométrique la densité électronique de la surface de manière homogène sur l’ensemble de l’échantillon, nous pouvons ajuster l’énergie des maxima de densité d’états au voisinage du niveau de Fermi.

We present in this study the investigation of the electronic properties of Shockley states in nanostructured systems by Angular Resolved Photoelectron Spectroscopy and Scanning Tunnelling Spectroscopy. After previous works demonstrating the electronic confinement induced by the periodical potential associated to the array of steps on Au(788) and Au(23 23 21) vicinal faces, here we report spectroscopic effects induced by the surface reconstruction on these electronic states. Despite the weak amplitude of the electronic potential associated to the surface reconstruction, we highlighted the Bragg diffraction induced by the super-periodicity of the potential, which lead to gaps opening and modulation of electronic density. Moreover we propose an original method to deduce the electronic potential of these surfaces by exploiting experimental data of both complementary techniques. We also show that we can produce bidimensional array of metallic nanostructures by using the preferential nucleation sites naturally present on these reconstructed vicinal surfaces. The study of the silver’s growth at low temperature allowed us to obtain a very well-ordered array of nanostructures at large scale and which exhibit a very sharp distribution of the island’s size. By controlling the characteristical dimensions of the array and the chemical nature of nanostructures, we show that in addition to structure the electronic density of the surface at nanometric scale, we can modify with an excellent homogeneity on the whole surface the localisation of the maxima of density of states and their characteristical energies around Fermi level.