Thèse soutenue

Modélisation et chronologie approchée de l'auto-organisation d'agrégats atomiques déposés et analyse par la théorie des graphes de leurs arborescences fractales
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Auteur / Autrice : Luca Hachani
Direction : Frédéric Carlier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 13/09/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Aimé Cotton (Orsay, Essonne)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Jacques Robert
Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Chetrite, Pascal Viot, Laurence Masson
Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Chetrite, Pascal Viot

Résumé

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Cette thèse vise à caractériser les structures dendritiques obtenues expérimentalement par dépôts d'agrégats atomiques à la surface d'un substrat. Au moyen de simulations numériques, l'auto-organisation et la morphologie de ces arborescences ont été analysées. La communauté des agrégats a d'ores et déjà bien établi les conditions expérimentales nécessaires à l'obtention de telles nano-structures, ainsi que les phénomènes physiques qui entrent en jeu lors de leurs élaborations. Dans la littérature, il a ainsi été démontré que l'énergie cinétique avec laquelle les agrégats atomiques percutent le substrat, détermine si oui ou non ces clusters peuvent diffuser à la surface de ce dernier. D'autre part cette communauté a bien identifié les processus, principalement responsables de la mobilité d'un corps à la surface d'un substrat. Bien que toujours liés à l'agitation thermique, les mécanismes expliquant le mouvement des agrégats atomiques et ceux à l'origine des déplacements d'adatomes possèdent entre eux des différences notables. Le modèle DLA acronyme anglais pour "Diffusion Limited Aggregation" aura souvent été utilisé pour simuler la construction de ces structures obtenues à l'issue de dépôts d'agrégats atomiques. Or à l'origine les paramètres physiques, décrivant les conditions expérimentales de tels dépôts, n'intervenaient pas dans cet algorithme de type automate cellulaire. Ainsi un des enjeux de ce travail, a été d'intégrer ces paramètres au modèle DLA, en construisant son équation maitresse à partir de l'équation de diffusion de Smoluchowski. Actuellement aucun moyen expérimental ne permet de suivre l'évolution de l'auto-organisation d'agrégats atomiques à la surface d'un substrat. Etant un phénomène irréversible, à partir d'une image capturée par microscopie d'un dépôt, il est impossible de reconstruire avec exactitude étape par étape les évènements d'accrétion ayant abouti à l'élaboration des structures dendritiques observées. Néanmoins et cela suivant certaines conditions, nous avons réussi à approcher très fidèlement cette chronologie. Les agrégats atomiques ayant tendance à se fixer sur les défauts du substrat, cette approche pourrait notamment permettre de sonder le profil de ses plans cristallins. La caractérisation morphologique de ces arborescences obtenues par dépôts d'agrégats atomiques ainsi que l'étude de leur auto-organisation occupent une place conséquente parmi les sujets de recherche dans ce domaine. Rarement employée par la communauté, la théorie des graphes propose des outils très performants lorsqu'il s'agit d'étudier en profondeur des réseaux comme ceux arborescents décrits par ces nano-structures. Ainsi au moyen d'outils à l'origine utilisés en hydrologie pour caractériser les réseaux fluviaux, nous avons réalisé une étude approfondie de la nature fractale et plus particulièrement du caractère auto-affine de ces arborescences.