Dissertations / Theses on the topic 'Microscopie tunnel a balayage'

Nous proposons une methode de calcul simple et rapide du courant en microscopie a effet tunnel. Celle-ci est fondee sur l'utilisation de la technique des liaisons fortes, sur le formalisme des fonctions de green et sur la theorie de la diffusion. Nous avons pris en compte l'interaction electrostatique entre la pointe et le substrat grace a une methode d'ajustement de charges virtuelles specialement mise au point, qui permet de calculer le potentiel macroscopique. Des distances pointe-substrat plus reduites deviennent ainsi accessibles a la simulation. Les resultats obtenus grace a ce modele sont satisfaisants lorsqu'ils sont compares a un exemple experimental courant : la surface (110) de gaas. Cette methode est alors utilisee pour aider a l'interpretation de plusieurs resultats experimentaux. Le premier concerne la mesure de la hauteur apparente de la barriere de potentiel qui separe les deux electrodes, et ses variations lorsque l'ecart diminue. Le role de l'etat de la pointe est mis en evidence, et les problemes de reproductibilite des mesures sont attribues a l'adsorption d'atomes etrangers a l'extremite de la pointe. Le deuxieme exemple porte sur l'observation des defauts ponctuels sur la surface du substrat. Nous etudions a quelles conditions une conduction peut s'etablir a travers les niveaux du defaut, et les consequences de celle-ci en imagerie et en spectroscopie. Nous en deduisons un moyen de mesurer les probabilites de capture et d'emission de porteurs du defaut. Enfin, nous etudions la faisabilite de l'adaptation de la methode de calcul au cadre de l'approximation de la densite locale. Malgre des temps de calcul beaucoup plus importants, l'etude des manipulations d'atomes deviendrait ainsi possible, et les deformations des electrodes sous l'effet de leurs forces reciproques pourraient etre prises en compte.

C'est en 1981 que, pour la première fois, l'équipe du Dr Bennig a obtenu l'image d'une surface à l'aide d'un microscope à effet tunnel. Ces microscopes permettent d'observer avec une résolution atomique pratiquement tous les matériaux conducteurs. Quelques années plus tard, en 1986, un nouveau principe sera utilisé pour accroitre le champ d'application de ces microscopes aux matériaux non conducteurs en utilisant les forces de répulsion inter-atomiques. Nous aurons ainsi la naissance du microscope à force atomique. Depuis de nombreuses années, en métrologie, on peut obtenir des mesures d'une précision supérieure au micron sur des surfaces de plusieurs millimètres. Le but de cette étude sera de concevoir un instrument de mesure nous permettant de combler le vide entre ces nouveaux microscopes et la métrologie classique. Nous essaierons de construire un microscope permettant d'obtenir une résolution atomique sur des surfaces allant de quelques nanomètres à quelques dixièmes de millimètres carrés.

Nous avons étudié par STM la croissance de composés d'erbium sur les surfaces Si(111) 7x7, Si(111)-B-√3x√3 R30° et Ge(111) c(2x8). L'interface Er/Si(111) 7x7 présente 2 structures stables : le siliciure 2D ErSi2 1x1 et le siliciure 3D ErSi1,7 √3x√3 R30°. En dessous d'une densité critique d'atomes d'erbium nécessaireà la formation du siliciure 2D, plusieurs reconstructions métastables comme la 5x2 et la 2√3x2√3 R30° apparaissent. Afin d'étudier l'influence de la récativité de surface sur la croissance du siliciure d'erbium, des substrats de silicium dopé bore √3x√3 R30° ont été utilisés. La réactivité de surface peut ainsi être contrôlée par l'intermédiaire de la quantité de bore présent à proximité de la surface. Dans le cas où la concentration en bore n'est pas maximale, on observe des reconstructions comparables à celles observées sur la surface 7x7. Par contre, lorsque la quantité de bore est maximale, aucune structure métastable n'est observée. Des expériences de spectroscopie ISS et de photoémission UV ont permis d'écarter la présence de bore dans les différents siliciures et de démontrer que le siliciure 2D obse3vé en STM présente une surface métallique et une cristallographie semblable à celle observée sur 7x7. Les images en résolution atomique de la surface des îlots ont montré une reconstruction 1x1 contrainte. Les liaisons Si-B étant plus courtes que les liaisons Si-Si, le bore induit des contraintes locales à l'interface. Nous avons aussi étudié l'interface Er/Ge(111) c(2x8) car le silicium et le germanium possèdent une structure cristallographique identique avec des paramètres de maille voisins. Nous avons observé que l'erbium réagit avec la surface et forme un germaniure 2D reconstruit 1x1 et un germaniure 3D reconstruit √3x√3 R30°. Les similitudes entre les systèmes Er/Ge(111) et Er/Si(111) suggèrent que les structures cristallographiques des composés ErGex sont proches de celles des siliciures 2D ErSi2 et 3D ErSi1,7
We studied the growth of Er compounds on Si(111) 7x7, boron doped Si(111) and Ge(111) c(2x8) surfaces using STM. The invistigation of the Er/Si(111) system revealed a very complex interface with numerous silicides and a growth mode layer-by-layer. Two stable silicides phases are detected : a two-dimensional ErSi2 1x1 and a 3 dimensional ErSi1,7 √3x√3 R30° silicides. There is a critical Er adatom density for the formation of 2D ErSi2 silicide upon Er reaction with Si(111) 7x7. Below this density, several Er induced metastable reconstructions like 5x2 and 2√3x2√3 R30° have been observed. In order to clarify the influence of the surface reactivity on the Er silicide growth, we deposited Er on highly boron-doped silicon(111) substrate. The surface reactivity can thus be adjusted by the boron concentration at the interface. When the boron concentration is weak, the erbium silicides are similar to those on the high reactive Si(111) 7x7. For highly boron-doped surface, the metastable phases disappear. ISS and ARUPS investigations performed on this system showed that no noticeable substitution of boron occurs from the substrate to the silicide. Furthermore, this silicide presents a crystallographic structure similar to that of the 2D silicide on Si(111) 7x7. Its surfaces is metallic. High-resolution STM images clearly reveal a defected 1x1 reconstruction on the 2D silicide. At the interface, the boron atoms induce local strain, which is due to the difference in covalent atomic radius between boron and silicon. We also investigated the Er/Ge(111) interface. We found that Er reacts with Ge(111) c(2x8) reconstruction and forms either 2D germanide with a 1x1 surface periodicity or a 3D germanide with a √3x√3 R30° bulk periodicity. This close similarity between Er/Ge(111) and Er/Si(111) systems suggest that the crystallographic structure of this ErGex alloys is close to that of the 2D ErSi2 and 3D ErSi1. 7 silicides

Des photons émis dans le confinement de la jonction or-or d'un microscope à effet tunnel (stm) fonctionnant dans l'air, ont été mis en évidence et détectés. Cette lumière permet d'une part, l'enregistrement de l'image photonique de la surface, parallèlement à l'image tunnel et d'autre part, l'acquisition d'un spectre en longueur d'onde qui permet de connaître la dispersion en énergie des photons émis. Les images photoniques et tunnel, qui ont sensiblement la même résolution (le nm), mettent en évidence une corrélation entre le rendement photonique local et la topographie de la surface. Les spectres font état d'une émission variant d'une surface à l'autre, d'une pointe à l'autre, mais toujours située dans la gamme des 0,8-1 mm. Un processus supplémentaire vient perturber cette émission: l'application d'une tension positive, supérieure à 1,80 v, entre la surface et la pointe, altère durablement l'émission sur la zone balayée. Cet état persiste si on diminue la tension et l'émission ne réapparaît qu'après l'application d'une tension négative sur la surface. Ce processus permet notamment de créer des marques sur les images photoniques. D'une taille de l'ordre du nanomètre, ces marques sont riches en informations sur la pointe et son environnement. Nous avançons une interprétation du phénomène étudié, basée sur une commutation moléculaire impliquant le retournement des molécules d'eau adsorbées sur la surface, selon le sens du champ électrique applique. Nous proposons enfin un calcul simplifié modélisant le phénomène

Quand un metal vient au contact d'un semi-conducteur, il y a formation d'une barriere de potentiel appelee la barriere de schottky. Cette barriere energetique joue un role important sur les performances des instruments a base de semi-conducteur. Une manipulation derivee de la microscopie a effet tunnel (beem) permet la mesure de la hauteur de cette barriere avec une resolution nanometrique. Durant cette these, nous avons realise cette manipulation et avons applique a l'etude d'une jonction au/si. Des phenomenes originaux ont ete observes, telle la saturation du spectre beem a fortes tensions de polarisation tunnel, la dependance de la geometrie d'injection electronique de la cristallographie du film metallique. L'etude de membranes d'ultrafiltration par stm, afm et sem a montre que le stm et l'afm peuvent etre consideres comme deux outils efficaces pour la caracterisation de ces materiaux. Les effets de la pointe sur la reproduction de surfaces rugueuses ont ete mises en evidence. L'observation de microtubules par stm a permis de deceler une eventuelle sous-structure de la tubuline, molecule unite des microtubules

La nanostructuration de surfaces par auto-assemblage de molécules organiques (tectons) est un domaine qui a fait l’objet de nombreuses études au cours de ces dernières années. Si le contrôle de l’organisation constitue un enjeu majeur dans le domaine des nanosciences, préserver l’intégrité des propriétés électroniques des composés adsorbés en autorisant le découplage d’entités fonctionnelles des surfaces métalliques s’avère indispensable pour certaines applications. Dans ce contexte, une nouvelle approche (tecton Janus) combinant non seulement le contrôle de l’organisation 2D mais également la maîtrise de l’organisation dans la direction perpendiculaire au substrat, la troisième dimension, en vue du découplage du substrat a été développée. Dans cette thèse, nous avons tiré profit du concept du « tecton Janus » pour placer hors du substrat des composés photoactifs (chromophores), de façon à obtenir des propriétés électroniques ou optoélectroniques spécifiques, et de les étudier par microscopie à effet tunnel (STM) à l’interface liquide-solide. Par conséquent, nous avons synthétisé des composés pi-conjugués originaux de molécules possédant deux faces (A et B) reliées par un pont rigide (pilier). La face A est conçue pour guider l’auto-assemblage 2D sur un substrat de graphite HOPG (Highly Oriented Pyrolitic Graphite) et la face B est une entité fonctionnelle (chromophore) à exposer hors du plan afin de la découpler du substrat et d’en préserver les propriétés électroniques. L’un des critères principal autorisant le découplage impose que le chromophore fixé à l’étage présente un gap optique plus faible que celui de la base afin d’empêcher sa désexcitation par transfert d’énergie. Pour ce faire nous avons choisi comme chromophores des oligothiophènes de taille variable. La formation de nanostructures moléculaires 3D auto-assemblées bien définies a été obtenue pour chacun de ces composés et un découplage a été observé pour le composé possédant six unités de thiophènes comme entité fonctionnelle
The nanostructuration of surfaces by self-assembly of organic molecules (tectons) is an area that has been the subject of numerous studies in recent years. If the control of the organization is a major issue in the field of nanoscience, the maintaining of the integrity of the electronic properties of adsorbed compounds by allowing the decoupling of functional entities from metallic surfaces is essential for some applications. In this context, a new approach (Janus tecton) combining not only the control of the 2D organization but also the control of the organization in the direction perpendicular to the substrate, the third dimension, in order to decouple the molecules from their substrate has been developed. In this manuscript, we take advantage from previous concept of « Janus tectons » to put off the plan of the substrate photoactive compounds (chromophores) in order to obtain electronic or optoelectronic properties specific, and to study them by scanning tunneling microscopy (STM). Therefore, we synthesized originals pi-conjugated compounds containing two faces (A and B) connected by rigid bridge (pillar). The face A is designed to guide the 2D self-assembly on substrate of graphite HOPG (Highly Oriented Graphite Pyrolitic) and the face B is a functional entity (chromophore) to expose out of the plane in order to decouple it from the substrate and to preserve the electronic properties. One of the main criteria allowing the decoupling requires that the chromophore attached at the top of the pillar present an optical gap smaller than that of the base to prevent the excitation by energy transfer. To do this we have chosen as chromophores the oligothiophenes of varying size. The formation of 3D molecular nanostructures self-assembled well defined was obtained. The formation of 3D molecular nanostructures self-assembled well-defined was obtained for each of these compounds and a decoupling by nano-pillar has been observed for the compound containing six thiophene units as functional entity

Pour fabriquer des structures semi-conductrices de plus en plus petites, il est nécessaire d'utiliser des techniques d'analyse qui permettent d'observer ces structures a l'échelle atomique. Inventée au début des années 80, la microscopie a effet tunnel semble la technique la plus appropriée pour répondre a cette exigence. Bien qu'elle appartienne aux techniques d'analyse de surface, elle peut toutefois renseigner sur les propriétés volumiques de certains semi-conducteurs III-V, lorsque ceux-ci sont clives pour exposer une face (110) perpendiculaire a la direction de croissance (001). Etudier des matériaux a la résolution atomique ne s'effectue pas sans avoir pris certaines dispositions a priori. Premièrement, nous revoyons les modèles théoriques qui expliquent la grande résolution du microscope. Nous comparons alors certaines de leurs prédictions a nos résultats expérimentaux obtenus sur une surface clivée GaAs (110). Ces quelques expériences montrent le rôle clé de la pointe pour étudier correctement des surfaces a l'échelle atomique. Nous nous attachons alors a mettre en oeuvre une technique de fabrication reproductible des pointes. Une fois préparées, ces pointes ont un rayon de courbure inférieur a 10 nm et donnent des images stables a la résolution atomique pendant plusieurs heures. Pour connaître les propriétés électroniques des matériaux par microscopie a effet tunnel, nous développons aussi les possibilités spectroscopiques du microscope. Nous présentons des résultats obtenus sur du GaAs dope n, ou la spectroscopie révèle la densité électronique liee aux dopants. Tous ces aspects techniques acquis, nous étudions finalement en microscopie et spectroscopie a effet tunnel, des plans de dopage silicium dans GaAs. Nous caractérisons a l'échelle atomique les dopants et mettons en évidence le rôle amphoterique du silicium.

Dans ce travail, nous avons essayé d'avancer la caractérisation de plusieurs aspects de systèmes d'élastomères à partir de l'analyse quantitative des images en microscopie en champ proche. Nous allons traiter et analyser les images en STM pour extraire des informations sur la rugosité, les résultats étant comparés à ceux obtenus par d'autres méthodes. Un objet de ce travail est d'observer la microdispersion par l'AFM et de la quantifier par l'analyse d'image. Différentes méthodes concernant la microdispersion seront présentées dans la thèse. Les images en mode "phase" ont été analysées pour comprendre l'influence des paramètres soit moléculaires des polymères, soit conditionnels du procédé. L'observation de la morphologie des mélanges peut contribuer partiellement à la compréhension de l'influence de plusieurs facteurs contrôlant la finesse de la dispersion. Dans cette étude, les résultats sont cohérents avec la prévision.

La nano-structuration de surfaces par auto-assemblage supramoléculaire de molécules organiques permet la réalisation de réseaux nano-poreux dont le contrôle de l'accès aux cavités reste un défi ouvert. Une approche originale alliant non seulement le contrôle de l'organisation en un réseau nano-poreux mais également la maîtrise de l'organisation dans la direction perpendiculaire au substrat a été développée (concept de tecton Janus). Ici, cette approche est mise à profit pour placer au-dessus des cavités, des composés photoactivables présentant des variations structurales photoinduites. Le choix s’est porté sur la famille des azobenzènes. Cinq composés de type tectons Janus, c’est-à-dire possédant deux niveaux reliés par un pont rigide (de type dithia-[3. 3]cyclophane) ont été conçus, synthétisés et caractérisés. Leur niveau inférieur (identique pour chaque composé) est apte à guider l'auto-assemblage sur un substrat de graphite HOPG en un réseau nano-poreux. Chaque niveau supérieur a été conçu pour intégrer un azobenzène, d’une part possédant des propriétés de photoisomérisation intrinsèques. La photoisomérisation de tous ces tectons Janus porteurs d’azobenzène(s) a été mise en évidence en solution sous excitation photonique et leur capacité à s'auto-assembler sur surface a également été démontrée par des études en microscopie à effet tunnel (STM) à l’interface liquide/solide. Enfin, la photoisomérisation a été mise en évidence sur surface de graphite HOPG pour le tecton Janus présentant un temps d’isomérisation en solution adéquate à une étude par STM et un auto-assemblage sur HOPG facilement observable
The nanostructuring of surfaces by supramolecular self-assembly of organic molecules enables the creation of nano-porous networks and controlling the opening/closing of these cavities is still a challenge. Recently, a new approach has been developed that combines the 2D self-assembly into a nano-porous network and the control of the organization in the third dimension (Janus tecton concept). Herein, this concept was used to place a photoswitch above cavities. The azobenzenes were chosen as photoswitch. Five Janus tectons were then designed, synthesized and characterized. They are made of two decks linked by a dithia-[3. 3]cyclophane bridge. The lower deck (identical for each compound) leads to the 2D self-assembly on HOPG into a nano-porous network. Each upper deck was designed to incorporate an azobenzene with intrinsic photoisomerization properties and possessing an optical gap smaller than the one of the lower deck to avoid loss of optical properties. The photoisomerization in solution was observed and the self-assembly on HOPG was demonstrated by Scanning Tunneling Microscopy (STM) at the liquid/solid interface. Moreover, the addition of hexabenzocoronene type guest molecules into the Janus tecton nano-porous network has proven its host-guest properties. Finally the photoisomerization on HOPG was highlighted with the STM study of the optimal Janus tecton (photoisomerization time in solution appropriate for STM study and easily observable self-assembly on HOPG surface). Ongoing studies focus on controlling the access of guest molecules to the cavities via cis-trans photoisomerization of the azobenzenes

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
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

Le but de ce travail de thèse est d'explorer à l'échelle atomique les propriétés électroniques de nanostructures fabriquées par épitaxie moléculaire sur un substrat de silicium. La technique expérimentale employée est la microscopie à effet tunnel (STM) en Ultra Vide (UHV) à basse température (5 K). En premier lieu, des molécules de CaF2 sont déposées sur un substrat de silicium Si(100) chauffé à 1000K afin d'obtenir une couche mince ultra fine d'isolant sur semiconducteur. Des nanostructures cristallines sont observées à faible (0,3 ML) et haut (1,2 ML) taux de couverture, illustrant une fonctionnalisation de la surface. Une étude à température de dépôt inferieure est aussi présentée. Dans la deuxième partie de ce travail, une molécule organique (hexaphenyle) est déposée sur des couches de CaF2 d'épaisseur 1,2 ML sur Si(100). Le couplage électronique entre la molécule et le substrat est étudié en excitant électroniquement les molécules d'hexaphenyle à l'aide de la pointe du STM. Dans la troisième partie de cette thèse, des atomes d'or ont été déposés sur la surface propre de Si(100) et leur adsorption et diffusion de surface est étudiée
The aim of this thesis is to explore the electronic properties of atomic size nanostructures fabricated on a silicon substrate. The experimental technique used is Scanning Tunnelling Microscopy (STM) performed in Ultra High Vacuum (UHV) at low temperature (5 K). First, molecular CaF2 is deposited by Molecular Beam Epitaxy (MBE) on the Si(100) substrate heated at 1000 K, obtaining an ultra thin insulating layer on semiconductor. Different crystalline nanostructures are observed at low (0,3 ML) and high (1,2 ML) coverage. A study of the epitaxy at lower substrate temperatures is also carried out, demonstrating different growth modes depending on the temperature. In the second part of this work, an organic molecule (hexaphenyl) is deposited on 1,2 ML thick CaF2 layers on Si. The electronic coupling between the molecule and the substrate is studied by electronically exciting the adsorbed hexaphenyl with the STM tip. In the third part of this thesis, gold atoms are deposited on the clean Si(100) surface and their adsorption sites and surface diffusion are studied

Etudes menees par spectrometrie par effet tunnel inelastique: caracterisation de la couche isolante de jonction aluminium-oxyde-plomb; adsorption de no sur du rhodium supporte sur alumine. Obtention, par microscopie tunnel a balayage d'images a l'echelle atomique de la surface du graphite

L'influence de la rugosite de surface sur les resultats des analyses esca (electron spectroscopy for chemical analysis) a ete etudiee au travers de modeles structuraux a base de creneaux et de billes. La microscopie stm/afm (scanning tunneling microscopy/atomic force microscopy) par son principe meme permet une mesure quasi-directe de la rugosite de surface, quantifiable dans une approche classique par le parametre r#a, la surface developpee, la distribution statistique des hauteurs ou dans une approche non-euclidienne par la dimension fractale. Les resultats obtenus dans un modele de creneaux (en termes de taux de recouvrement et d'epaisseur) sur un faible depot d'or sur graphite hopg en esca et en afm dans une approche classique sont sensiblement differents. La raison en est le rapport entre les aires analysees par les deux techniques respectivement. Le suivi in-situ par esca de l'evolution de depots au/hopg, realises respectivement par evaporation thermique et par pulverisation ionique du metal, met en evidence un recouvrement plus rapide du substrat par pulverisation. Si les profils rugosimetriques sont modelises par les fonctions fractales auto-affines de weierstrass-mandelbrot, de bons resultats sont obtenus par la methode numerique des variations pour l'estimation de leur dimension fractale. Cependant, si l'echantillonnage est faible, l'etude de l'evolution du parametre r#a avec la taille d'analyse se revele etre une approche plus fiable. Des surfaces d'acier fracture etudiees par afm apparaissent ainsi presenter un caractere fractal avec une dimension des profils de 1. 120. 06

Le but de ce travail, a ét de comprendre l'influence de divers paramètres sur la résolution et les interactions entre la pointe et l'échantillon (tension de la polarisation V en effet tunnel et en effet de champ, distance pointe-échantillon D et forme de l'apex de la pointe). L'approche utilisée est basée sur un modèle semi-classique qui permet de déterminer l'évolution de la barrière de potentiel, du champ électrique, de la distribution spatiale du courant tunnel et son intensité. L'étude du champ électrique montre qu'il est très localisé à l'apex de la pointe relativement délocalisé à la surface de l'échantillon. [. . . ] La résolution latérale d'ordre atomique apparaît impossible sans la présence d'une protubérance de taille atomique à l'apex de la pointe. La résolution verticale est de 0. 01nm (résolution supposée sur le courant tunnel de 0. 1nA) pour D=1nm et V-100mV et se détériore lorsque V et D augmentent. Un potentiel image PIm, adapté à la géométrie de la pointe, est introduit dans les calculs. Il dépend de la courbure locale de la pointe seulement dans les cas où celle-ci est très faible (en présence d'une protubérance atomique). Les résultats obtenus sur l'étude du contrastet d'une marche atomique par modélisation, en bon accord avec l'expérience, mettent en évidence les effets imprtants de convolution entre la pointe et l'échantillon en imagerie. Sur des surfaces d'or étudiées par STM à l'air et à température ambiante (J=1nA, V=100mV), nous avons observé une diffusion très importante de la couche atomique superficielle sous le champ électrique de la pointe qui se manifeste par la formation de "festons" périodiques orientés dans le sens du balayage. Le coefficient de diffusion déterminé sous champ éléctrique es D=10-13cm2/s comparé à 10-15cm2/s en conditions normales. Des études de champ électrique en nanolithographie sont également réalisées.

La morphologie et les proprietes des films metalliques dependent fortement de la methode de depot (evaporation, pulverisation,), des parametres utilises (temperature, vitesse de deposition,), et de la nature du substrat (sa rugosite, les interactions avec les particules deposees,). Parmi les methodes physiques de depot sous vide, la pulverisation cathodique sous courant continu semble la plus appropriee pour la preparation des catalyseurs et de nouveaux materiaux d'electrodes. Le travail que nous presentons est une etude experimentale de certaines proprietes physico-chimiques de films minces de pt, pd, ni et au prepares par pulverisation cathodique sur des supports plans tels que si monocristallin, verre ou au sur verre. Dans ce but, nous avons mis en uvre plusieurs techniques d'investigation: reflectometrie x, microscopie a effet tunnel (stm), spectroscopie de photo-electrons (xps), spectrometrie d'ions secondaires (sims) et voltammetrie cyclique. Dans le premier chapitre, nous rappelons le principe de differentes techniques d'elaboration des films minces. Ensuite, nous decrivons dans le deuxieme chapitre les techniques experimentales utilisees dans cette etude. Le troisieme chapitre est consacre aux resultats. Chaque metal est traite separement. La densite des films pulverises sous courant continu est plus faible que celle des metaux correspondants, leur contenu en oxygene est important et leur rugosite augmente avec l'epaisseur. Mais, leur morphologie et leur composition changent lors des reductions thermique ou electrochimique, ce qui se traduit par des proprietes metalliques (brillance, densite, conduction) plus prononcees. En conclusion, les films prepares par pulverisation cathodique apparaissent tout-a-fait differents de ceux prepares par d'autres methodes physiques. Leur faible contenu en metal et leur grande surface active les rendent interessants comme catalyseurs ou comme nouveaux materiaux d'electrode

Le developpement de sources autonomes d'energie, notamment pour un vehicule propre et econome, est l'un des enjeux technologiques de la fin de ce siecle. La pile a combustible semble etre actuellement le meilleur compromis a condition d'utiliser un combustible optimal (haute densite d'energie, stockage facile et dangerosite faible) et des electrocatalyseurs permettant sa combustion complete. Comme le methanol semble repondre aux criteres evoques et que le platine semble etre le seul electrocatalyseur convenable en milieu acide pour oxyder ce combustible, la premiere partie de cette these presente une etude du comportement en fonction de l'etat de surface des electrodes massives de platine (mono ou polycristallin) vis a vis de l'oxydation du methanol, a l'aide des techniques que sont la microscopie a effet tunnel (stm) et la voltammetrie cyclique. L'influence d'un depot de ruthenium sur ces electrodes modeles a ete systematiquement etudiee, en particulier son effet sur les phenomenes d'empoisonnement dus a la dissociation du methanol. La seconde partie de cet ouvrage met l'accent sur le comportement d'electrodes de platine disperse au sein d'une membrane echangeuse d'ions (nafion#) modifie ou non par du ruthenium. Une caracterisation de l'etat de surface de telles electrodes a pu etre effectuee avec le renfort de techniques comme la microscopie electronique a balayage (sem) et la microscopie electronique a transmission (tem). Mais actuellement, les membranes nafion# presentent encore un cout trop excessif et une permeabilite au methanol trop importante. De nouvelles membranes ont donc ete testees dont certaines pourraient bien se reveler etre de bonnes pretendantes au remplacement du nafion# (permeabilite plus faible et comportement electrochimique du composite pt-pem bien meilleur).

Les diaryléthènes et leurs dérivés terrylènes sont prometteurs pour la prochaine génération de dispositifs optoélectroniques en raison de leurs excellentes propriétés photochimiques. Pour les rendre viables pour les appareils électroniques miniaturisés, il est nécessaire d'étudier cette classe de molécules au niveau unimoléculaire avec le microscope à tunnel sous vide ultra-élevé (UHV STM). Cette thèse comporte trois parties: 1) développement de terarylènes hautement sensibles à la commutation; (2) leur modification pour les études STM; et 3) les résultats de ces études STM. Pour être étudié à l'échelle de la molécule unique par STM, des terarylènes ayant une sensibilité de commutation élevée ont été sélectionnés. Ces composés présentent des rendements quantiques élevés allant jusqu'à 100%. Cependant, la réaction de cycloréversion reste faible, de sorte qu'une voie alternative, grâce à un mécanisme oxydatif à réaction en chaîne, a été recherchée. Dans une première partie, nous montrons que l'efficacité et la vitesse de cette réaction peuvent être contrôlées par la fixation de groupes aromatiques sur les carbones réactifs. Dans la deuxième partie, nous avons fonctionnalisé ces molécules afin de les étudier par STM en introduisant des groupes tert-butyle et chlorure. Tout en préservant leurs excellentes propriétés photochimiques, les groupes tert-butyle présentent un excellent contraste lumineux dans les images STM, ils minimisent aussi l'agrégation de ces molécules sur la surface et découplent légèrement les molécules de la surface. Les atomes de chlore permettent de contrôler les assemblages moléculaires sur des substrats isolants de type bicouche de NaCl cristalline précédemment déposés sur un substrat métallique. Dans la troisième partie, les résultats de STM sont présentés. Nous avons développé une nouvelle approche ascendante pour la formation reproductible de nano-assemblages du terarylène non modifié à 77 K. Quant au terarylène modifié par les groupes tert-butyle, il présente à 5 K sur une surface d'Ag (111) différentes formes qui, grâce à la position des groupes tert­butyles à contraste élevé et à l'aide de calculs DFT, ont pu être assignées comme étant différentes conformations de surface de la molécule. Sur NaCl / Ag (111), il a été possible de visualiser les états occupés et inoccupés de la molécule. Cela illustre que, pour ces applications, des molécules avec des propriétés appropriées peuvent être des candidates intéressantes pour des études STM afin d'obtenir des informations sur leurs propriétés à l'échelle de la molécule unique. De telles molécules peuvent être optimisées pour tenir compte de la surface, car sa simple présence peut induire un comportement bien différent de celui obtenu en solution. Cette thèse ouvre les terarylènes à des applications futures nécessitant une surface solide
Photoswitching diarylethenes, and their terarylene derivatives, are promising for the next generation optoelectronic devices because of their excellent photochemical properties. To make them viable for miniaturized electronic devices, it is necessary to study this class of molecules at the single molecular level by scanning tunneling microscopy under ultra-high vacuum (UHV STM). This thesis has three parts: 1) development of terarylenes highly sensitive to switching; (2) their modification for STM studies; and 3) results of STM investigations. To be studied at the single molecular level by STM, terarylenes with high switching sensitivity have been selected. These compounds display high quantum yields of up to 100 %. However, the cycloreversion reaction remains low so an alternative route, through a chain-reaction oxidative mechanism, has been sought. In the first part, we show that the efficiency and speed of this reaction may be controlled by attachment of aromatic groups on the reactive carbons. In the second part, we functionalized these molecules for STM studies by attaching tert-butyl and chloride groups. These substituents preserve their excellent photochemical and switching properties while tert-butyl groups show bright contrast in STM images, minimize aggregation of these molecules on the surface, and slightly decouple the molecule from the surface. The chlorine group has been introduced to direct their surface assembly on insulating substrates composed of crystalline NaCl bilayer previously grown over a metallic substrate. In the third part, results of STM are presented. We developed a new bottom-up approach for forming reproducible nanoassemblies of the unmodified terarylene at 77 K. Meanwhile, at 5 K, the terarylene functionalized with tert-butyl groups present different forms on the Ag(111) surface. From the positioning of the high-contrast tert-butyl groups and with the aid of DFT calculations, we assign different conformations of the molecule on the surface. On NaCl/Ag(111), direct visualization of the occupied and unoccupied states could be achieved. This illustrates that for these applications, molecules with appropriate properties can be interesting candidates for STM studies to obtain information at the single molecular level. Such molecules may be redesigned with a consideration of the surface as its mere presence may induce behavior previously unobserved or neglected if they were studied in solution. This thesis opens terarylenes to future applications which require a solid surface

Ce travail porte d'une part sur l'analyse multi-echelle de la rugosite par les techniques de diffusion lumineuse et de microscopie a champ proche, et d'autre part sur les techniques d'ellipsometrie sur champ diffus pour analyser la profondeur des systemes interferentiels multicouches. La premiere partie du manuscrit est ainsi consacree a la confrontation des methodes de diffusion lumineuse, de microscopie a force atomique et de microscopie a effet tunnel optique. On y montre, via une analyse quantitative, comment ces differentes techniques se recouvrent a l'intersection des fenetres frequentielles allant du macroscopique au microscopique. La notion de polissage multi-echelle est introduite, et l'analyse par fractales et ondelettes est abordee. L'ensemble de ces resultats permet de mieux apprehender le probleme de la normalisation de la rugosite. Dans la deuxieme partie du manuscrit nous decrivons les outils experimentaux et theoriques qui ont ete mis en place pour realiser un ellipsometre sur champ diffuse. Les donnees experimentales sont analysees a l'aide de modeles electromagnetiques, et l'on montre l'extreme sensibilite du dephasage polarimetrique de l'onde diffusee a l'etat de correlation verticale entre interfaces. . .

Ce travail de thèse est consacré à l’étude de la croissance de fines couches organisées d’azaacènes par microscopie à effet tunnel (STM) spectroscopie de différence de réflectance (RDS) sous ultravide. Ces molécules, en plus de présenter des propriétés de semi-conducteur en couches minces, ont été fonctionnalisées afin de permettre la croissance de structures hautement organisées via la formation de liaison hydrogène. La croissance d’une monocouche de 6,17-dihydro-6,8,15,17-tetraazaheptacène (DHTA7) a été étudiée sur Au(111) et comparée avec la croissance du 5,14-dihydro-5,7,12,14-tetraazapentacène (DHTAP), réalisée précédemment au laboratoire. Ainsi le rajout d’un groupement phényle supplémentaire à chaque extrémité du DHTAP provoque, notamment, une diminution des interactions intermoléculaires. La croissance du DHTAP a été étudiée sur différentes surfaces : Cu(110), Cu(110)-(2x1)O et Al2O3/Ni3Al(111). Il a ainsi été montré que la molécule s’adsorbe à plat sur Cu(110) le long de la direction [1 ̅10] et forme une liaison covalente entre les atomes N et les atomes de Cu. Sur Cu(110)-(2x1)O, les molécules de DHTAP sont absorbées le long de la direction [001] du substrat. Les molécules de DHTAP forment ici une phase HOC (High Order Commensurate en anglais) unidirectionnelle composée d’un bloc de 7molécule dans la direction [1 ̅10]. Sur Al2O3/Ni3Al(111) l’adsorption en première couche est dominée par les défauts de l’oxyde. Bien que la nature du substrat joue un rôle important sur l’autoassemblage moléculaire en monocouche, des structures ordonnées similaires ont été observées sur Cu(110), Cu(110)-(2x1)O et Al2O3/Ni3Al(111) en multicouche par STM et RDS
This thesis is devoted to the study of the growth of organized thin layers of azaacenes by scanning tunneling microscopy (STM) and reflectance difference spectroscopy (RDS) spectroscopy in ultra-high vacuum. These molecules, in addition to having semiconductor properties in thin films, have been functionalized to allow the growth of highly organized structures via hydrogen bond formation. The growth of a monolayer of 6,17-dihydro-6,8,15,17-tetraazaheptacene (DHTA7) was studied on Au (111) and compared with the growth of 5,14-dihydro-5,7,12,14-tetraazapentacene (DHTAP), previously performed in the laboratory. Thus the addition of an additional phenyl group at each end of the DHTAP causes, in particular, a decrease in intermolecular interactions. The growth of DHTAP was further studied on different surfaces: Cu(110), Cu(110)-(2x1)O and Al2O3/Ni3Al(111). It has been shown that the molecules adsorb flat on Cu (110) along the [1 ̅10] direction and form a covalent bond between N atoms and Cu atoms. On Cu(110)-(2x1)O, the DHTAP molecules are absorbed along the [001] direction of the substrate, which in this case is the direction of the dense CuO rows. Here, the DHATP molecules form a unidirectional High Order Commensurate (HOC) phase composed of a 7-molecule block along the [1 ̅10] direction. On Al2O3/Ni3Al(111) the adsorption in the first layer is dominated by the defects of the oxide layer. Although the nature of the substrate plays an important role in molecular self-assembly in the monolayer, similar ordered structures have been observed on Cu(110), Cu(110)-(2x1)O and Al2O3/Ni3Al(111) for DHTAP multilayers by STM and RDS

Cette thèse présente une étude des propriétés électroniques des objets nano sur des surfaces métalliques par la microscopie et la spectroscopie à effet tunnel (STM et STS), qui est un outil unique pour étudier les propriétés physiques en fonction de la structure à l’échelle nanométrique. À cet égard, des études du transport électronique ou du transport du spin à travers une molécule en fonction de sa configuration géométrique sur le substrat sont possible. Dans ce travail de thèse, l’intérêt a été focalisé sur différents phénomènes clés de la conductance électronique à travers des objets nanométrique. Nous commençons avec une caractérisation approfondie des substrats, qui nous permet de bien distinguer entre des effets proprement liés à l’interaction molécule-surface et celles liés au substrat. Des atomes individuels ainsi que des molécules de Phthalocyanine de cobalt ou de C60 sont étudiés en appliquant des techniques à la pointe de la technologie de STM et STS, comme l’imagerie par manipulation d’atomes ou la cartographie de la conductance différentielle à une hauteur constante, en comparant toujours les résultats avec des calculs théoriques
One of the most urgent tasks in the field of molecular electronics is to understand and tune the contact between molecules and a metal lead. Scanning tunneling microscopy and spectroscopy (STM and STS) represent a unique tool to correlate electronic and structural properties at the nanoscale, such as the impact of geometry on the spin-transport through a single molecule. In this perspective, the work presented here employs STM/STS as well as spin-polarized STM/STS to focus on key phenomena of the conductance of nanoscaled objects, e. G. Metallic islands, single atoms and molecules, the results always being compared to theoretical calculations. After a brief introduction of the STM/STS techniques employed, Chapter 1 provides some technical details regarding the sample and tip preparation. Chapter 2 is dedicated to the characterization of the Cu(111) surface and of cobalt islands grown on this surface. Chapter 3 focuses on individual atoms adsorbed on cobalt islands. The polarization of the local density of states (LDOS) above the atoms is discussed in relation with the polarization of the surface. Surface induced states and atomic resonances are shown to determine the LDOS above the atom, as well as the spin-polarization around the Fermi energy. In the last two chapters, results are obtained on Cobalt-Phthalocyanine and C60, both molecules being model systems for future molecular electronic devices. Molecular conductance channels and the spin-polarization of a single molecule (Chapter 4), as well as a negative differential conductance, which originates from an energy-dependent match and mismatch of molecular orbitals and electronic tip states (Chapter 5), are revealed

Ce travail concerne la croissance heteroepitaxique de couches contraintes in#1#-#xga#xas sur substrat d'inp. La contrainte est determinee par la composition de la couche : elle est en tension si x<0,47 et en compression si x>0,47. Au dela de 2% de deformation ce systeme presente une croissance de type stranski-krastanov coherente : des structures tridimensionnelles sont formees apres un debut de croissance couche par couche. Cette these presente une etude par microscopie tunnel (stm) de cette croissance. Le travail experimental a necessite la connexion sous ultra-vide d'un stm a un bati d'epitaxie par jets moleculaires preexistant. Afin de l'isoler des vibrations, le stm a ete monte sur un socle isole et connecte sous ultra-vide au bati d'epitaxie par un soufflet deformable. Une etude vibratoire preliminaire a montre l'efficacite de ce systeme. Nous avons choisi comme surface de depart une couche tampon in#0#,#5#3ga#0#,#4#7as en accord de maille sur inp. Apres avoir determine les conditions optimales d'epitaxie, nous avons montre que les adatomes voient une barriere de potentiel lors du franchissement d'une marche descendante. Nous presentons les resultats de l'etude de la transition 2d-3d de couches contraintes avec un desaccord de maille de 2%. La morphologie 3d obtenue est tres anisotrope : une modulation periodique de la hauteur est tres marquee suivant 110, alors que dans la direction 1-10 les hauteurs sont peu modulees. On observe que les marches paralleles a 110 sont courbees et convexes pour une contrainte en compression alors qu'elles sont concaves pour une contrainte en tension. On montre que la tension de ligne des marches d'orientation 110 stabilise les marches convexes en compression et concaves en tension. La morphologie de surface resulte d'une competition entre l'energie gagnee par la relaxation des contraintes et l'energie depensee pour former les marches. Un modele energetique simplifie permet de demontrer qu'il existe une hauteur critique des plateaux de l'ordre de 2 monocouches : un gain d'energie est obtenu au dela de cette hauteur critique. Le modele permet de retrouver le fait experimental important caracteristique de la transition 2d-3d : lorsque les plateaux sont suffisamment hauts, il y a remise en mouvement des atomes de couches 2d completes et formation de structures 3d.

Le graphène, une monocouche d'atomes de carbone disposées en nid d'abeille, a été caractérisé pour la première fois en 2004 et a immédiatement attiré beaucoup d'attention. Il présente des propriétés électroniques uniques et porte le potentiel de jouer un rôle crucial dans une future génération d'électronique. Cependant, son spectre sans gap le rend impropre à l'application directe comme semi-conducteur. Une façon de contourner ce déficit consiste à concevoir des nanorubans de graphène (GNRs). Dans ces systèmes, un gap s'ouvre en fonction de la largeur et la configuration des bords. Dans cette thèse, nous présentons des enquêtes sur les GNRs basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). D'abord nous discutons la stabilité thermodynamique d'une large gamme de configurations des bords et leurs structures électroniques. Ensuite, pour les plus importants, nous analysons des aspects géométriques et des images simulées de microscope à effet tunnel. Au cours de ces investigations, nous avons trouvé la théorie de Clar de l'hexagone aromatique très utile pour la discussion de nos calculs DFT. Par conséquent, nous proposons une classification des GNRs en fonction de leurs formules Clar. Cela cerne de nombreuses propriétés mieux qu'une classification basée sur l'orientation cristallographique. La dernière partie de cette thèse traite une petite extension du logiciel DFT du nom Quantum Espresso. En particulier, il s'agit de la mise en œuvre des corrections à la troisième dérivée de l'énergie électronique dépendantes du gradient de la densité. Cela permettra d'éteindre les enquêtes des phénomènes anharmoniques à l'approximation du gradient généralisé
Graphene, a single layer of carbon atoms arranged in a honey-comb lattice, was first characterized in 2004 and immediately attracted a lot of attention. It exhibits unique electronic and transport properties and bears the potential to play a crucial role in a future generation of electronic devices. However, its gapless spectrum makes graphene unsuitable for direct application as semiconductor. One way to bypass this shortcoming consists in designing graphene nanoribbons (GNRs). In these systems, an electronic bandgap opens up as a function of the width and the edge configuration. In this thesis we present investigations of GNRs based on density functional theory (DFT). First we discuss the thermodynamic stability of a broad range of possible edge configurations and their electronic structures. Then, for the most relevant among them, we perform in-depth analyses of geometric aspects and simulated scanning tunneling microscope images. Throughout these investigations, we found Clar's theory of the aromatic sextet very useful to rationalize our DFT calculations. It is simple and elegant but still sophisticated enough to account for a large number of phenomena. Hence, we propose a classification scheme for GNRs based on their Clar formulae. This captures many properties better than a classification based on the crystallographic orientation. The last part of this thesis deals with a small extension to the DFT-framework Quantum Espresso. In particular, we discuss the implementation of the gradient corrections to the third order derivative of the electronic energy. This opens the way to extend investigations of anharmonic phenomena to the generalized gradient approximation

This work focuses on the study of the electronic properties of isolated silicon dangling bonds left on the Si(001)-2×1 surface after its saturation by water at room temperature. These tri-coordinated defects Si-SiH/Si-SiOH are similar to the Si-SiH defects produced by H stimulated desorption (under a STM tip) on H-terminated Si(001)-2×1. The latter have recently attracted much attention due to their possible use as qbits, or as starting points of radical reactions. The tri-coordinated Si defects on (H,OH)-Si(001) -2×1 have also much in common with the Pb1 defects of the Si(001)/SiO2, a key issue in microelectronics. Isolated dangling bonds on (H,OH)-Si(001) -2×1, whose areal density is ~0. 01 ML, are amphoteric (donor and acceptor). They can be rendered positively charged, quasi-neutral or negatively charged according to the substrate doping. Due to the presence of charged defects at the surface, band bends in the semiconductor. Band bending can be easily measured by synchrotron radiation photoemission spectroscopy, and this in turn can be translated into a surface charge density using the classical semiconductor physics models. The novelty of the present work lies in the fact that a global spectroscopic technique like photoemission is combined with a local probe like STM, taking advantage of the fact that the density of defects on (H,OH)-Si(001)-2×1 can be controlled with high reproducibility. Indeed this not possible with the H-terminated surface where the dangling bonds are produced one by one. Another originality is the use “real-time” and “time-resolved” photoemission. In fact time-dependent spectroscopy encompasses two different aspects. Real-time photoemission is used to monitor surface reaction kinetics, at a pace of tens of seconds, in particular in the “making” of the saturated surface, (H,OH)-Si(001)-2×1. Time-resolved photoemission is used to monitor the response of a surface to a “pump” excitation (a visible light fs laser pulse) with the electron spectrometer, with a time resolution limited by the synchrotron pulse duration, ~50 ps. We have performed time-resolved surface photovoltage experiments, in which we have followed changes in band bending under supra-bandgap illumination. The thesis work developed as follows. We first examined the adsorption of water on clean Si(001)-2×1 with real-time photoemission, we have studied the possible effect of pressure on water adsorption kinetics (exposures were made under three different nominal pressure P = 5x10-10 mbar, P = 1x10-9 mbar, P = 1x10-8 mbar). Moreover, we have also examined the possible effect of doping on the adsorption rate (four doping levels were used: n+(0. 003 Ω×cm), n (5. 5 Ω×cm), p (18 Ω×cm) and p+(0. 003 Ω×cm)). In particular we underlined that the kinetics of water adsorption are non-Langmuirian. They follows the precursor-mediated adsorption model, also called Kisliuk model. In such a model the water molecule is first trapped as a molecular precursor that diffuses quickly (i. E. Diffusion is not the limiting step) on the surface until an available site for chemisorption is found. We also found that doping has no impact on the kinetics despite the fact that the precursor adsorption via dative bonding could be influenced by the electronic occupation of the dangling bonds of the clean surface. With photoemission we also determined the oxygen surface density, the band bending variations, and work function variations as a function of time, varying the water vapor pressure and the substrate doping. Then we established via photoemission the band diagram of (H,OH)-Si(001)-2×1 as a function of doping. In the wake of these photoemission experiments, we examined in detail the surface topography of (H,OH)-Si(001)-2×1 and the local electronic structure of the isolated dangling bonds (in particular their charge state) using dual voltage STM, and interpreted the results in the light of the photoemission. In particular thanks to a good resolution we were able to make a distinction between OH and H groups, which present on the same dimers an apparent height difference of ~ 8 pm. With this STM analysis we had also access to the H/OH distribution patterns. In particular we have seen that OH sit on the same side of the dimer row on distances spanning 4-6 dimers. Then we focused on the only surface defects present on the surface, the isolated dangling bonds. We used the same doping used for the XPS studies. With STM imaging technique the areal density of the IDBs was quantified giving also information about the reactivity as a function of the substrate doping. In particular we observed that the maximum IDB surface density is attained for the highly doped n samples (n+, phosphorus). In a second step, we used selected chemical probes (alkene, styrene and en aldehyde, benzaldehyde) to test the reactivity of the dangling bonds (observed on H-terminated surfaces). We used real-time STM imagery in combination with space-averaging spectroscopies, that is, synchrotron radiation x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), near-edge x-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy, and high resolution energy electron loss spectroscopy (HREELS) supported by vibrational mode DFT simulations. This study was very important in order to clarify the reactivity of water-covered Si(001) surface and its differences with H-terminated surface. As is often the case, the picture that emerged from these studies was more complex and more nuanced than that anticipated from what is already known for H-terminated silicon surfaces (i. E. Adsorption mediated only via radical silicon atoms). This two molecules bond on H-terminated Si(001) surface via chain reaction. This involves the bonding of an intermediated radical species to the IDB, and the subsequent jump of an adjacent H atom onto the β-C of the adsorbate to give the hydrogenated product (the so-called Chidsey mechanism). In the case of water-terminated surfaces, this mechanism is not observed. A blocked chain reaction (absence of silicon dangling bond jumping) and a preferred direct silylation reaction are the two main features opposing water-covered-Si(001)-2×1 and H-terminated Si(001)-2×1. Concerning the non-propagation of the radical reaction, the chemical disorder of water-covered surface could be invoked. Probably, the radical adduct is trapped in a minimum of energy, with a high barrier to surmount to capture a nearby hydrogen, from an OH or a SiH. Thanks to photoemission we know the position of the Fermi level at the surface as a function of Si doping, the value of band bending, and the surface charge density. We know also via STM who are the charged defects. Therefore in the third part of the thesis work it seems natural to examine the dynamics of surface charging via “time-resolved” photoemission. To perform this study we needed to perturb the charge distribution at the surface (injecting charge in the surface space-charge layer SCL) in order to get the time scale of return to equilibrium. This injection of charge was done with a fs-laser (by Coherent) at λ = 800 nm (super band gap excitation). The created electron-hole pairs are separated by the electric field presented in the SCL creating an accumulation of carriers of one charge and a depletion of those of the other charge in the near surface region generating a voltage referred as “surface photovoltage” (SPV) lowering the band bending at the surface. Equilibrium is restored by transport of majority carriers from the bulk to the surface via thermionic emission over the surface potential barrier. We study this effects coupling pulsed –laser excitation and synchrotron radiation core-level spectroscopy, indeed following the core level energy shift under the laser excitation we was able to obtain the temporal profile of the SPV effect. We also performed a study as a function of laser fluence
Ce travail de thèse porte sur les propriétés électroniques des liaisons pendantes d’atomes de silicium isolés, présents sur la surface de silicium Si(001)-2×1 après saturation par des molécules d’eau à température ambiante. Ces défauts sont tri-coordonnés Si-SiH/Si-SiOH et peuvent être comparés à ceux produits par la désorption d’atomes d’hydrogène, Si-SiH,par une pointe STM sur la surface Si(001)-2×1 hydrogénée. Ces derniers ont dernièrement attirés l’attention en raison de leurs possibles utilisations comme point de départ pour des réactions radicalaires. Quant aux défauts présents sur la surface recouverte d’eau, ils sont semblables à ceux observés à l’interface Si(001)/SiO2, et peuvent s’avérer cruciaux dans un domaine comme la microélectronique. Les liaisons pendantes à la surface (H,OH)-Si(001)-2×1sont amphotères et représentent une densité de ~0. 01 ML. En effet, elles peuvent être chargées positivement, négativement ou bien être quasi-neutres en fonction du dopage du substrat. En raison de la présence de ces défauts de charge sur la surface, les bandes, dans le semi-conducteur, se courbent. Cette courbure de bande peut être simplement mesurée par spectroscopie de photoémission (XPS) en utilisant le rayonnement synchrotron et peut, ensuite, être convertie en une densité de charge de surface, en utilisant les modèles de la physique classique. L’innovation de ce travail de thèse réside dans la combinaison d’une technique d’analyse comme la spectroscopie de photoélectron des rayons X (XPS) sondant l’intégralité de la surface avec une technique d’analyse locale comme la microscopie à effet tunnel (STM). De plus, ce type d’étude est impossible avec la surface hydrogénée puisque les liaisons pendantes doivent être produites une à une par une pointe STM, alors qu’elles sont naturellement présente sur la surface saturée en eau. Cette étude est d’autant plus originale qu’elle utilise la spectroscopie de photoémission ‘en temps réel’ et ‘résolue en temps’. En effet, la spectroscopie dépendante en temps englobe deux différents aspects. Un aspect ‘temps réel’ qui est utilisé pour suivre la cinétique de réactions chimiques, à une échelle de temps de la dizaine de secondes, comme par exemple la saturation de la surface Si(001)-2×1 par des molécules d’eau. Et un aspect ‘résolu en temps’ qui consiste à suivre la réponse de la surface à une excitation par un pulse laser (pompe: pulse laser dans le visible de ~fs) en utilisant le rayonnement synchrotron (sonde, résolution limitée par la durée du pulse synchrotron de ~50 ps). La thèse est construite en trois parties de la façon suivante: nous avons tout d’abord étudié l’adsorption d’eau sur la surface propre de Si(001)-2×1 par photoémission en ‘temps réel’. Une étude cinétique de l’absorption d’eau par la surface Si(001)-2×1 propre a été réalisée pour différentes pressions d’eau dans la chambre d’analyse (P = 5x10-10 mbar, P = 1x10-9 mbar, P = 1x10-8 mbar). Ces mesures ont permis d’établir que le mécanisme d’absorption ne suivait pas une cinétique de type Langmuir mais de type Kisliuk. Dans ce modèle, la molécule d’eau est d’abord piégée en tant que précurseur, et diffuse rapidement sur la surface jusqu’à trouver un site adapté à la chimisorption. Le dopage du substrat ne semble avoir aucun impact sur cette cinétique. La photoémission a aussi permis de déterminer la densité surfacique en oxygène, les variations de la courbure de bandes ainsi que le travail de sortie du matériau et d’en déduire la position du niveau de Fermi à la surface ainsi que le diagramme de bande de la surface de silicium saturée d’eau en fonction du dopage du substrat. En parallèle, nous avons analysé en détail la topographie de cette surface ainsi que la structure électronique des liaisons pendantes isolées (en particulier leur état de charge) par STM. Grace à une très bonne résolution, il a été possible de distinguer les fragments OH et H sur la surface et leur répartition sur les différents dimères de silicium. La quantité exacte de liaison pendante en fonction du dopage a aussi pu être calculée. La maximum de liaison pendantes a été observé pour l’échantillon hautement dopé n. Nous avons, ensuite, sélectionné deux molécules organiques: un alcène, le styrène et un aldéhyde, le benzaldéhyde, dans le but de tester la réactivité de ces liaisons pendantes. Nous avons réalisé une étude où se combinent mesures STM, photoémission (XPS), absorption des rayons X (NEXAFS) ainsi que des mesures de spectroscopie de perte d’énergie d’électron a haute résolution (HREELS) associée à des calculs DFT de modes vibrationnels. Pour surface recouverte d’eau, comme c’est souvent le cas, le problème de la réactivité des liaisons pendantes c’est avéré plus complexe que prévu et plus nuancé en comparaison aux résultats obtenus pour la surface hydrogénée. En effet ces deux molécules réagissent sur la surface hydrogénée par réaction en chaine à partir d’un atome de silicium radicalaire de la surface. Dans le cas de la surface recouverte d’eau, la réaction en chaine n’est pas observée. Le désordre chimique de cette surface (terminaisons Si-H et Si-OH) semble empêcher la propagation radicalaire; l’intermédiaire réactionnel radicalaire est piégé dans un minimum d’énergie, il est nécessaire de franchir une importante barrière de potentiel pour pouvoir capturer un hydrogène voisin d’un groupement Si-OH ou bien Si-H. Finalement, les propriétés de la surface (H,OH)-Si(001)-2×1 (densité surfacique de charge, courbure de bande, caractérisation de defaults chargés) en fonction du dopage étant bien comprises, nous avons réalisé des expériences de photoémission ‘résolue en temps’ dans le but de suivre la dynamique liée au photovoltage de surface. En raison de la ressemblance entre les liaisons pendantes de la surface (H,OH)-Si(001)-2×1 avec le défauts Pb de l’interface silicium-oxyde de silicium, cette interface a aussi été étudiée dans le but de permettre des comparaisons. Cette expérience consiste à perturber la distribution de charge de la surface (en injectant de la charge dans la couche de charge d’espace) dans le but d’obtenir l’échelle de temps du retour à l’équilibre. L’injection de charge est réalisée à partir d’un laser femto λ = 800 nm. Les paires d’électrons-trous crées sont séparée par le champ électrique présent dans la couche de charges d’espace. Une accumulation des porteurs de charges dans la zone proche de la surface crée un potentiel référencé comme photovoltage de surface (SPV) qui diminue la courbure de bande à la surface du semi-conducteur. L’équilibre est restauré par le transport de porteurs de charges depuis le volume vers la surface par émission thermoïonique. L’évolution du phénomène peut être suivi en sondant la surface par le rayonnement synchrotron qui permet la détermination du déplacement de l’énergie de liaison du niveau de cœur Si 2p du silicium et ainsi l’obtention du profil temporel du photovoltage de surface

Le développement des nanotechnologies passe par la mise au point de nouveaux instruments adaptés à la caractérisation de la matière à l'échelle nanométrique. Le Nanoprobe acquis par l'IEMN au début de ma thèse répond à cet enjeu. Cet instrument constitué d'une plateforme de Microscopie à Effet Tunnel à Quatre-Pointes (4T-STM) et surmontée d'un Microscope Électronique à Balayage (MEB) a pour vocation d'effectuer des analyses, contrôles et tests de nanomatériaux et composants électroniques.Après une description détaillée du fonctionnement de cet appareil (chapitre 2), une première étude a été réalisée pour déterminer l'influence de l'irradiation électronique sur des nanostructures semi-conductrices, à savoir ici des nanofils d'InAs (chapitre 3). Sous irradiation, les fils deviennent quasi-métalliques. Grâce à des mesures originales du transport dans des nanofils semi-suspendus, ce changement des propriétés électriques est attribué à la formation de défauts chargés à la surface des fils. L'ionisation par impact est un phénomène responsable de la multiplication des porteurs dans les cellules photovoltaïques. Le quatrième chapitre démontre l'intérêt du Nanoprobe à caractériser ce phénomène sur un système modèle, une jonction p-n de silicium. Alors que deux pointes en contact polarisent la diode, une troisième injecte localement par effet tunnel des électrons possédant une énergie bien définie. La mesure de porteurs supplémentaires démontre le phénomène d'ionisation par impact avec une résolution inégalée jusqu'à présent
The advent of nanotechnology involves the development of an instrumentation capable of investigating the matter at this scale. The Nanoprobe acquired by IEMN at the beginning of my thesis brings technical solutions to this issue. This instrument consisting of a Four-Tip Scanning Tunneling Microscopy platform (4T-STM) and topped with a Scanning Electron Microscope (SEM) is dedicated to perform analysis, inspections and tests on nanomaterials and electronic devices. After a detailed description of this instrument (Chapter 2), a first study was conducted to determine the influence of electron irradiation on semiconductor nanostructures, InAs nanowires are treated here. Under irradiation, the nanowires become quasi-metallic. Thanks to original transport measurements on freestanding nanowires, this change of the electrical properties is attributed to the formation of charged defects on the surface of nanowires. The impact ionization is a phenomenon responsible for carrier multiplication in solar cells. The fourth chapter shows the ability of the Nanoprobe to characterize this phenomenon in a typical model, a silicon p-n junction. While 2 tips in contact polarize the diode, a third one locally injects tunneling electrons that have a well defined energy. The measurement of supplementary carriers proves that impact ionization occurs and can be measured with a resolution never reached before

Le but de ce travail est de contribuer à la compréhension des phénomènes d'insertion et de substitution en chimie du solide par l'étude de composés modèles. Notre démarche repose sur l'exploitation des données couplées de la spectroscopie photoélectronique à rayonnement X et des microscopies à champ proche, avec l'appui de modèles théoriques adaptés à l'état solide. Dans la première partie du manuscrit, consacrée aux composés modèles d'insertion du type M1/4TiS2 (M = Fe, Co, Ni), nous montrons que leur structure électronique dépend de l'élément inséré. Ces comportements différents sont liés aux interactions espèce invitée-réseau hôte, variables suivant la nature du métal inséré. Dans la seconde partie, l'étude de disulfures bimétalliques (TixTa1-xS2, 0RxR1) est abordée. Les résultats obtenus nous conduisent à proposer : - une dispersion du métal minoritaire pour les composés peu substitués (xR0,2 ou xS0,8); - un arrangement en domaines TiS2 et TaS2 pour les compositions intermédiaires
In this work, the study of model structure aims to contribute to a better understanding of insertion and substitution in solid-state chemistry. Our approach is based on the analysis of data provided by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning probe microscopy, with the help of electronic structure calculations. The first part of this document is devoted to the inserted compounds M1/4TiS2 (M = Fe, Co, Ni). We show that their electronic structure strongly depends on the nature of the inserted species. These different behaviours are due to different guest-host interactions, according to the nature of the inserted metal. In the second part, we present the study of the solid solutions TixTa1-xS2 (0RxR1). The obtained results lead us to propose: - A random dispersion of the minor metal for the low-substituted compounds (xR0. 2 or xS0. 8); - An organization in domains of TiS2 and TaS2 for the intermediate compositions

L’auto-assemblage, à température ambiante, de phtalocyanines de zinc (ZnPc), ZnPcF8, et ZnPcCl8 sur la face (111) d’un monocristal d’argent est étudié, dans le régime de la monocouche, par microscopie à effet tunnel. On montre que la fonctionnalisation de la phtalocyanine de zinc, par la substitution de huit atomes d’hydrogène par des atomes de fluor ou de chlore, permet de diriger l’auto-organisation par la formation de liaisons hydrogène entre molécules voisines. Le système ZnPcCl8/Ag(111) met en évidence une cinétique d’assemblage en trois étapes. Des effets de contrainte apparaissent dans la phase finale stable conduisant à une nanostructuration originale. Ce travail s’inscrit dans une tentative de mieux comprendre l’influence des différentes forces mises en jeu lors de l’auto-organisation de molécules organique afin, à terme, de pouvoir contrôler les propriétés et l’architecture de telles nanostructures
The self-assembly, at room temperature, of zinc phthalocyanines (ZnPc), ZnPcF8, and ZnPcCl8 on the (111) face of a silver crystal is studied in the monolayer range. We show that the modification of the ZnPc molecule, from height hydrogen atoms to height fluorine or chlorine atoms, allows us to drive self-assembly by the formation of hydrogen bonds between neighbouring molecules. The ZnPcCl8 system reveals a three step self-assembly. Stress effects appear in the final phase leading to an original nanostructure. This work has been realised in order to have a better understanding of the influence between the different forces playing together when molecules self-assemble in order to, to the end, be able to control the properties and the architecture of such nanostructures

Le domaine du champ proche optique ouvre de nouvelles perspectives dans la caracterisation des composants semi-conducteurs et optroniques. Les microscopes a sonde locale atteignent en effet une resolution nanometrique mettant en evidence non seulement les defauts de surfaces mais aussi les variations d'indice. A partir de travaux precedents concernant les interactions pointe-echantillon, nous avons concu un microscope a effet tunnel optique muni d'une sonde provenant d'un microscope a force atomique. Les deplacements (x, y, z) sont geres par des actionneurs piezo-electriques munis d'amplificateurs. Tous les elements (electroniques, mecaniques, logiciels) ont ete developpes au sein du laboratoire dans le but de controler tous les parametres. Le systeme est teste en boucle ouverte sur un guide d'onde pour verifier la faisabilite du dispositif.

Ce travail de thèse s’est développé autour de la microscopie à émission d’électrons balistiques (BEEM) sous ultra-vide, dédiée à l’étude des propriétés électroniques d’interfaces d’hétérostructures pertinentes pour des applications potentielles en électronique de spin. Dans un premier temps, l’étude de la jonction Schottky Au/GaAs(001) a permis de mettre en évidence l’influence des propriétés structurales sur le transport d’électrons chauds. Une étude similaire sur Fe/GaAs(001) a confirmé la sensibilité du BEEM aux effets de structures électroniques. Ensuite, l’étude BEEM sur les propriétés électroniques locales de la barrière MgO/GaAs(001) a révélé la présence de canaux de conduction situés dans la bande interdite de MgO. Ces canaux sont associés à la présence de lacunes d’oxygène localisées dans l’oxyde, qui diminuent fortement la hauteur de barrière tunnel. Enfin, des études préliminaires de transport d’électrons chauds dépendants du spin sur Fe/Au/Fe/GaAs(001) sont présentées
This thesis work has been developed on ballistic electron emission microscopy (BEEM) under ultra-high vacuum, dedicated to the study of interface electronic properties of heterostructures based on III-V semiconductors, essentially for further potential applications in spintronics. First, the study of Au/GaAs Schottky junction has shown, by comparison between experimental measurements and theorical calculations, the effect of structural properties on hot-electron transport. A similar study realized on Fe/GaAs(001) has confirmed the BEEM sensitivity to electronic structure effects. Then, BEEM measurements on the barrier MgO/GaAs(001) have revealed new conduction channels localized in the band gap of MgO. They are related to oxygen vacancies in the oxide layer, which strongly reduce the tunnel barrier height. Finally, first measurements of spin-polarized hot-electron transport realized on Fe/Au/Fe/GaAs(001) spin-valve are presented

La miniaturisation des composants microelectroniques a pousse les chercheurs a fabriquer des dispositifs de caracterisation a haute resolution dits microscopes a champ proche. Ces microscopes echappent a la loi d'abbe en approchant une sonde a quelques nanometres de la surface. Ce manuscrit est consacre a l'etude des interactions mecaniques et optiques entre une sonde afm et une surface de semi-conducteur en microscopie a effet tunnel optique pstm. Nous commencons par expliquer le principe de base ainsi que les possibilites de cet outil de caracterisation. Nous avons aussi mis au point une methode de mesure de la flexion des leviers qui soit compatible avec les mesures de transfert tunnel des photons et qui permette l'evaluation exacte de la position de la pointe par rapport a la surface examinee. Apres avoir decrit l'ensemble des dispositifs de mesures mis en oeuvre, nous presentons les resultats optiques obtenues avec des pointes dielectriques (silicium, carbone) et metallisees (aluminium). Ces mesures ont mis en evidence des alterations optiques liees a la presence d'une couche d'eau installee sur la surface. Lorsque la pointe est approchee de la surface, des forces d'interaction apparaissent entre elles et modifient le profil de cette couche au niveau de la pointe et nous obtenons ainsi un phenomene de maree nanometrique. Nous avons effectue d'autres mesures optiques et mecaniques a differents taux d'humidites pour identifier et evaluer les differentes forces qui s'exercent entre la pointe et la surface.

La spectroscopie d'électrons Auger (AES), la microscopie électronique en transmission (TEM), la diffraction d'électrons lents (LEED) et la microscopie à effet tunnel (STM) ont été utilisés pour étudier la croissance et les propriétés physico-chimiques de films ultra minces d'oxyde d'aluminium réalisés sur Si(100) et Ag(111). Ces oxydes ont été réalisés par une méthode spécifique dite ALDO (Atomic Layer Deposition and Oxydation), qui consiste à croître l'oxyde couche par couche. Cette méthode donne naissance à un oxyde artificiel qui présente de nombreuses spécificités et fait de cet oxyde un bon candidat pour les applications en microélectronique et notamment dans les mémoires magnétiques de type MRAM
Using different techniques of investigation (AES, LEED, STM, HR-TEM, EELS and PES) we have developed an original process, which consists to grow the aluminuim oxide layer by layer. This procedure so-called Atomic Layer Deposition and Oxidation (ALDO procedure) allows to get an artificial oxide film perfectly homogeneous in depth and chemical composition as well. Several properties like gap measurement, stoichiometry, surface morphology and electrons transport allows to mind that oxid could be in good agreement with microelectronics applications (Magnetic Tunnel Junction and Magnetic memories)

Ce travail présente la formation et la caractérisation sous ultravide de monocouches moléculaires issu de l'auto-assemblage et de la polymérisation de molécules organiques (hexahydroxy triphenylène-HHTP et acide diborique benzoïque-BDBA) sur des surfaces monocristallines métalliques et isolantes. L'adsorption de molécules d'HHTP sur Ag(111) donne lieu à plusieurs réseaux moléculaires dépendants de la température. Cette étude, menée par microscopie à effet tunnel (STM), montre qu'un réseau robuste est obtenu suite à la déshydrogénation, activée thermiquement, des groupes alcool périphériques. Cela induit la formation de liaisons hydrogène entre les fonctions alcools et cétones ainsi obtenues. L'étude STM de molécules de BDBA vapo-déposé sur Ag(111) a démontré la formation d'architectures bidimensionnelles étendues, liées de manière covalente, suite à la polymérisation des précurseurs en surface. Un résultat similaire a pu être obtenu par la copolymérisation des molécules de BDBA et d'HHTP. Ces polymères nanoporeux s'étendent en monocouche et présentent une stabilité en température exceptionnelle. Enfin, l'étude de BDBA sur le substrat isolant de KCl(001), menée par microscopie à force atomique en mode non contact (nc-AFM), montre un auto-assemblage étendu par des liaisons hydrogène, et met en évidence le rôle décisif de la nature chimique du substrat sur la faisabilité de la polymérisation de ces molécules en surface. L'approche développée dans ce travail, mettant en jeu des réactions chimiques en surface, constitue une voie nouvelle pour la conception de nano-architectures moléculaires originales et robustes sur surfaces
This work deals with the investigation under ultra high vacuum of organic monolayers either resulting from the self-assembly or from the polymerization of individual molecular building blocks (hexahydroxy triphenylene-HHTP and diboronic acid-BDBA) at the surface of a metal and an insulator. By means of scanning tunneling microscopy (STM), we have shown that HHTP molecules condense on Ag(111) into distinct supramolecular phases depending on the substrate temperature. A robust network can be obtained by partial dehydrogenation of the peripheral alcohol groups of HHTP, hence yielding Hbonds between the newly formed quinone groups and the alcohol groups remaining intact. STM studies of BDBA on Ag(111) revealed an organic network resulted from the creation of covalent bonds between BDBA molecules, by a two-dimensional polymerization confined on surface. On the same surface, another kind of surface covalent organic framework (SCOF) was also evidenced by copolymerization between HHTP and BDBA molecules. The SCOF's exhibits a well-extended bi-dimensional character with an exceptional thermal stability. Finally, the study by non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) of BDBA on KCl(001) has shown a bi-dimensional and well-extended phase stabilized by intermolecular H-bonds. The latter example evidences the influence of the chemical nature of the substrate to initiate the 2D-polymerization process on surface. Our results suggest that the use of chemical reactions at surfaces opens up a new approach for the development of robust and original molecular architectures

Les proprietes magnetiques de couches minces dependent essentiellement des conditions de croissance. En general, la qualite de la croissance est verifiee par diffraction rasante a haute energie (rheed) qui ne donne d'information que dans l'espace fourier. Afin d'interpreter ces donnees avec precision, il est necessaire de correler ces observations avec une imagerie dans l'espace reel: le microscope a effet tunnel (stm) s'impose. Lors de mon sejour a l'universite simon fraser j'ai eu l'occasion de faire croitre des whiskers de fer utilises comme substrats par croissance en phase vapeur (cvd). Les etudes d'epitaxie des couches minces deposees sur ces whiskers sont effectuees dans une installation qui regroupe dans une meme cellule ultra-vide trois techniques complementaires: un microscope a effet tunnel (stm), un systeme de diffraction a haute energie (rheed), ainsi qu'un systeme d'epitaxie moleculaire (mbe). Cette configuration nous permet de realiser et d'etudier in-situ une epitaxie par jet moleculaire a l'interieur d'un stm et sous controle rheed. Deux systemes ont ete etudies. D'une part, la deposition du fer sur un cristal de cu(1 1 13) dans le domaine des taux de recouvrement inferieurs a une couche monoatomique, systeme interessant de par ses proprietes magnetiques, mais ou les phenomenes de nucleation sont encore tres peu connus ; et d'autre part, la croissance de structures en couches minces ag/fe(100)whisker, structures qui sont importantes pour les etudes de l'effet de magneto-resistance geante. Notre etude montre qu'une tres petite quantite de fer sur le cu induit une rugosite de la surface, qui se traduit par une disparition de la structure reguliere de marches atomiques sur la surface du cu(1 1 13). Lors de la deposition d'argent a la temperature ambiante sur du fe(100), l'image rheed se deteriore rapidement et les observations en stm montrent que la croissance se fait au moins sur deux a trois couches simultanement. Ceci nous a conduit a effectuer un recuit de la couche d'argent, ameliorant ainsi grandement la qualite de la surface: le substrat ne presente alors plus que des marches atomiques espacees de quelques centaines de nm

Des dépôts minces de palladium (taux de couverture 0 = 0-8 monocouches) ont été vapodéposés sur la face (110) de monocristaux de nickel, cuivre et or, avec l'objectif de réaliser des couches sous différents états de contrainte (-9. 5%, -7% et +7% respectivement). L'activité catalytique de ces dépôts de palladium, mesurée pour la réaction test d'hydrogénation du butadiène est extrêmement variable, avec des rendements pouvant dépasser de plus d'un facteur dix le rendement de la surface de référence Pd(110). Les dépôts caractérisés par les techniques de microscopie à effet tunnel, de diffraction d'électrons de basse énergie et de spectroscopie d'électrons Auger, montrent des restructurations importantes. Ce travail constitue une tentative pour établir un lien entre état de contrainte, restructuration et réactivité, la finalité étant la réalisation de structures superficielles intéressantes pour les processus catalytiques. L'étude des dépôts de Pd sur Ni(110) montre une croissance bidimensionnelle du Pd pour laquelle la relaxation de la contrainte épitaxique génère deux types de surstructures. Avec les dépôts de 1 -1. 5 MC, la relaxation dans la direction [1-10] engendre une structure (N x 1); N=5-11. Puis pour 0 = 4 MC, la relaxation opère dans la direction perpendiculaire [001] et une structure (N x 2) apparaît avec N=9-11. A l'échelle atomique ces reconstructions de surface sont très différentes de la surface (110) de départ. La topographie des dépôts de Pd sur Cu(l10) est plus complexe que précédemment car elle est influencée par la formation d'un composé défini. Le premier stade (0 < 0 < 0. 75 MC) de la croissance est bidimensionnel avec la formation probable d'un composé de type PdCu3, puis à partir d'un taux de couverture de 1 MC, la croissance devient tridimensionnelle. Les îlots, allongés selon la direction [1-10], permettent une relaxation partielle de la contrainte par les bords de marches dans la direction [001]. La relaxation de la contrainte dans la direction [1-10] ne s'opère qu'à partir de 0 = 1. 5 MC avec l'apparition d'une surstructure (N x -) (N=20-30) qui paraît similaire à celle obtenue pour les dépôts de Pd surNi(11O). La croissance de Pd/Au(110) suit un mode couche par couche en site avec la formation d'un alliage de surface jusqu'à un taux de couverture de 4 MC, puis le film de surface devient tridimensionnel avec l'apparition d'îlots allongés selon la direction [1-10]. Il faut noter qu'aucune ondulation de surface n'a été détectée pour ces dépôts de Pd sur Au( 110). La comparaison entre les propriétés catalytiques et les topographies des surfaces des dépôts permet d'établir un lien entre la contrainte épitaxique, la structure et la réactivité. On observe que lorsque la reconstruction (N x -) est présente, i. E. Pour les dépôts de Pd sur Ni(110) et Cu(110), les surfaces sont beaucoup plus actives (x 15-35) que la surface de référence Pd(110), pour la réaction test d'hydrogénation du butadiène. Il semble donc que cette structuration (N x -), générée par la relaxation de la contrainte épitaxique, est directement reliée à l'augmentation d'activité. Une contrainte d'épitaxie est bien susceptible de modifier la réactivité, d'une surface, via la modification du paramètre de maille et de la densité d'états locale. Cependant nos résultats ne militent pas en faveur d'une telle relation directe entre contrainte et réactivité. La conclusion est plutôt que les processus de relaxation, engendrés par la contrainte, peuvent générer de nouvelles structures superficielles favorables à l'accroissement des réactivités catalytiques.

L'objectif final de nos travaux est d'étudier le champ proche de diffusion de structures métalliques de taille submicronique. Nous nous intéressons particulièrement aux résonances optiques liées à l'excitation de plasmons de surface. Ces plasmons de surface sont caractérisés par un important confinement du champ électromagnétique au voisinage de la structure métallique. L'appareil dont nous disposons pour effectuer ces études est un microscope à effet tunnel optique (PSTM). Il fait partie des microscopes optiques en champ proche (SNOM). Les travaux que nous reportons dans cette thèse constituent une étude préliminaire du sujet. Nous les avons divisés en deux parties. Dans la première partie nous avons adapté le PSTM à une source de lumière polychromatique incohérente. En effet pour étudier les résonances optiques il est nécessaire de disposer d'un type d'éclairage couvrant tout le spectre visible. Nous avons étudié les performances d'un tel dispositif en étudiant le champ évanescent pour différentes longueurs d'onde et en réalisant des images d'un réseau sinusoi͏̈dal. Les images PSTM sont constituées de lignes isointensité résultant de l'interaction de la sonde optique avec le champ proche optique diffracté par les structures. Les lignes isointensité ne suivent généralement pas le profil de la surface. Nous avons réalisé des images de divers échantillons test : un bord diffractant et des réseaux au profil rectangulaire. Les images ont été réalisées avec différents types de sources lumineuses (un laser He-Ne et la source polychromatique). L'influence de divers paramètres expérimentaux a été analysée, en particulier l'influence de la cohérence de la source sur la formation des images. Dans la deuxième partie est présentée une étude de différents échantillons métalliques. Nous avons analysé le champ évanescent créé par des plasmons de surface excités sur un film mince d'argent peu rugueux. Un maximum d'intensité captée par la sonde optique a été mis en évidence à un angle d'incidence proche de l'angle de résonance du plasmon de surface. Nous avons également étudié la réponse d'un film mince d'argent déposé sur un réseau. Nous avons constaté que lorsque l'amplitude des ondes propagatives diffusées par le réseau est importante il est délicat de mettre en évidence le champ évanescent. Les premières images de structures métalliques de taille inférieure à la longueur d'onde, réalisées avec un PSTM, sont des plots d'or de forme rectangulaire. Un système fonctionnant avec deux longueurs d'onde a été mis au point de manière à mettre en évidence un effet de la polarisation sur les lignes isointensité pour la même distance sonde-échantillon

La miniaturisation croissante des composants electroniques necessite le developpement de nouvelles techniques de caracterisation operationnelles en dessous du micrometre. Cet ouvrage est consacre a l'adaptation aux materiaux semi-conducteurs du microscope a effet tunnel photonique (pstm), et plus particulierement a l'etude du phenomene de capture du champ proche optique par les sondes des microscopes a force atomique (afm). Apres avoir presente le principe et les possibilites de cet outil, nous exposons differentes approches theoriques generalement utilisees pour modeliser son fonctionnement. Ensuite, nous decrivons l'ensemble des dispositifs de mesures mise en oeuvre pour etudier les proprietes optiques des sondes afm ; nitrure de silicium, silicium a levier piezoresistif. A partir des resultats experimentaux obtenus, nous montrons l'influence obtenus, nous montrons l'influence de plusieurs parametres sur le comportement du systeme. La forme de ces sondes et les conditions d'eclairage, orientation et polarisation du faisceau laser utilise, modifient sensiblement l'emission des photons captes sur la surface d'un echantillon. Afin d'expliquer ces observations, nous les interpretons en utilisant divers modeles theoriques. Les informations recueillies sont utiles a la realisation de nouveaux capteurs specifiques a la capture du champ proche optique. Ces capteurs sont indispensables a l'amelioration des performances d'un tel microscope.

Dans cette thèse, nous avons étudié l'interaction entre des molécules organiques et des nanomatériaux de carbone. En utilisant un microscope à effet tunnel (STM) à basse température et sous ultra-vide, nous avons mesuré les propriétés de molécules de porphyrine physisorbées sur du graphène ou des nanotubes de carbone. Nous avons d'abord étudié l'injection d'électrons dans le graphène sur des défauts (joints de grains et atomes d'azote insérés). Une étude d'états image résonants nous a également permis de mettre en évidence une variation locale du travail de sorite dans le graphène dopé. Nous avons ensuite étudié les propriétés de molécules de porphyrine (H2TPP) adsorbées sur une surface Au(111). En utilisant la pointe du microscope nous avons induit des réactions de tautomérisation et de déshydrogénation et montré comment cela modifie les états moléculaires et l'interaction molécule-surface. Nous avons ensuite étudié l'interaction du graphène avec des molécules de porphyrine. Nous avons montré que le couplage électronique est faible entre les molécules et le graphène. Nous avons ensuite montré comment un atome d'azote inséré dans le réseau de carbone du graphène modifie l'interaction molécule-surface. Une diminution de l'énergie des états moléculaires au niveau des sites dopants révèle un transfert de charge partiel entre les sites d'azote et les molécules. Dans la dernière partie, nous avons étudié les propriétés de nanotubes de carbone monoparois fonctionnalisés par un polymère de porphyrine. Les mesures ont révélé que le polymère couvre partiellement les nanotubes. La spectroscopie locale a indiqué que la densité d'états locale est modifiée au niveau du polymère
In this thesis we studied the interaction between organic molecules and carbon nanomaterials. Using scanning tunneling microscopy (STM) at low temperature and in ultra-high vacuum, we measured the properties of porphyrin molecules at the surface of graphene and single-walled carbon nanotubes. We first studied electron injection in graphene at defect sites (grain boundaries and nitrogen doping atoms). Using image-potential states, we evidenced the variation of local work function in doped graphene. Secondly, we investigated the properties of free-base porphyrin (H2TPP) molecules adsorbed on a Au(111) surface. We performed tip-induced tautomerization and dehydrogenation of the molecules, and revealed how these operations modify the molecular states and molecule-substrate interaction. Following these two preliminary studies, we studied the interaction of graphene with porphyrin molecules. We evidenced a weak electronic coupling between the molecules and graphene. We then showed how a nitrogen dopant on doped graphene can tune the molecule-surface interaction. The comparison between molecules adsorbed on nitrogen doping sites with those adsorbed on carbon sites clearly reveals a downshift of the energy of the molecular states at the doping sites. This downshift reveals a partial electron transfer from the nitrogen sites of graphene to the adsorbed molecules. In the last part of this thesis, we studied the properties of single-walled carbon nanotubes functionalized with a porphyrin polymer. The STM measurements revealed that the polymer is partially covering the nanotubes. Local spectroscopy indicated that the local density of states are modified at the polymer location

Se servir de molécules afin d'exécuter des fonctions équivalentes à celles de composants utilisés en microélectronique est l'un des défis actuels des nanosciences et de l'électronique moléculaire. L'instrument de choix pour observer ces molécules uniques et prédire leur comportement est le microscope à effet tunnel (STM) sous ultravide à très basse température. Cette thèse s'inscrit dans un projet visant à terme à synthétiser et à observer une molécule à quatre centres de ruthénium capable d'exécuter une fonction logique. Nous avons pris le parti d'étudier les molécules issues des premières étapes dans la synthèse de ce composé. Celles-ci sont des systèmes 3D constituées d'un ou de deux atomes de ruthénium et ont été déposées sur des surfaces métalliques telles que l'Ag(111), le Cu(111) ou l'Au(111) ou sur de fines couches isolantes de NaCl. Deux grands types de molécules ont été étudiés : les unes constituées d'atomes de ruthénium au degré d'oxydation III et les autres d'atomes de ruthénium au degré d'oxydation II. Des caractéristiques spécifiques à chaque type de molécule ont été mises en évidence, notamment en termes de propriétés électroniques. Des manipulations sous pointe ont également été effectuées afin de sonder les géométries d'adsorption observées. À terme, ces investigations devront se poursuivre par la mesure de l'état de charge d'un atome métallique dans une molécule extrêmement complexe. Pour anticiper ces mesures, des molécules " modèles " à base de pérylène ont été étudiées. Les résultats montrent que ces dérivés sont tout à fait adaptés à ce type d'expérience et que suivant les groupements utilisés, il est possible de déprotoner la molécule pour favoriser l'apparition de charges locales et fabriquer sous pointe un objet de test idéal
Using molecules able to execute functions found in microelectronic components is one of the current challenges of nanosciences and molecular electronics. The most suited technique to observe single molecules and predict their behavior is Scanning Tunneling Microscope (STM) in ultra-high vacuum and at low temperature. This thesis is a part of a project dedicated to the synthesis and observation of a molecule composed by four ruthenium cores and able to act as a molecular logic gate. We choose to investigate different molecules which come from the first steps in the synthesis of this compound. They are 3D systems composed by one or two ruthenium cores and were adsorbed on metallic surfaces (as Ag(111), Cu(111) and Au(111)) as well as on ultrathin films of NaCl. Two kinds of molecules were studied: the first ones are composed by ruthenium atoms with an oxidation state of III and the other ones have ruthenium atoms with an oxidation state of II. Specific behaviors of each type of molecules are highlighted, concerning particularly their electronic properties. Manipulations using the STM tip were also performed to explore the adsorption geometries. In the future, these investigations should carry on with the charge state measurement on a metallic atom in an extremely complex molecule. The first results performed on model molecules show that perylene derivative compounds are fully adapted to this type of measurements. Moreover, according to the peripheral group, it is possible to deprotonate the molecule to favor the presence of local charges and create a model system under the STM tip

Les nanostructures magnétiques peuvent avoir des propriétés très différentes de celles des matériaux massifs. Une des méthodes pour élaborer de petits objets est l'évaporation sur un substrat nanostructuré tel qu'une surface vicinale présentant des marches à l'échelle atomique. La compréhension des propriétés magnétiques de ces systèmes nécessite une caractérisation précise de leur structure et de leur morphologie afin d'évaluer les effets dus aux contraintes épitaxiales et aux dimensions réduites. Nous avons étudié les films de cobalt déposés sur des surfaces de Cu(1 111) et Cu(115) par trois techniques. Leur magnétisme a été sondé par effet Kerr magnéto-optique tandis que leur morphologie et leur structure cristallographique ont fait l'objet de mesures respectivement par microscopie à effet tunnel et EXAFS de surface. Les mesures par effet Kerr montrent une anisotropie uniaxiale magnétique avec un axe de facile aimantation parallèle aux bords de marches. L'anisotropie mesurée sur Cu(115), le substrat ayant les terrasses les moins larges, est plus importante. Les expériences de STM montrent la forte mobilité du cuivre dès les faibles taux de couverture ainsi qu'une grande évolution de la morphologie en fonction de la quantité de cobalt déposée. Grâce à l'EXAFS, nous avons montré que dès 3 monocouches (MC) de cobalt sur Cu(1 1 11) et 5 MC sur Cu(115), la structure est quasiment identique à celle observée sur Cu (001) i. E. Tétragonale à faces centrées et que la présence de terrasses étroites n'engendrent pas d'anisotropie dans le plan (001). Des simulations de l'anisotropie magnétique prenant en compte les liaisons manquantes à la surface et en bord de marche (modèle de Néel) ainsi que les effets magnétoélastiques induits par la tétragonalisation de la maille montrent que l'anisotropie uniaxiale est très majoritairement due à la morphologie des films et que la distorsion de la maille de cobalt y contribue très peu
Magnetic nanostructures can have properties very different from those of bulk materials. One method to make small objects is to evaporate on a nanostructured substrate like vicinal surfaces with atomic steps. The understanding of magnetic properties of these systems requires a precise determination of their structure and morphology to evaluate the effects of their reduced size and their morphology. We have studied thin cobalt films deposited on Cu(1 1 11) and Cu(115) surfaces by three techniques. Magnetic properties were probed by magneto-optic Kerr effect whereas morphology and cristallographic structure were determined respectively by scanning tunneling microscope and surface EXAFS. The Kerr effects results show an uniaxial magnetic anisotropy with the easy axis along the step edge direction. The anisotropy on the substrate with smaller tenaces (Cu(115)) is larger. The STM experiments show an important evolution of the morphology with the quantity of deposited cobalt. Thanks to EXAFS, we evidenced that from 3 monolayers (ML) of cobalt on Cu(1 1 11) and 5 ML on Cu(115), the structure is nearly the same as for Co/Cu(001) i. E. Face centered tetragonal and we show that the presence of nanow tenaces does not induce any structural anisotropy in the (001) plane. Simulations of magnetic anisotropy which account for missing bonds at the surface and at the step edge (Néel model) and magnetoelastic effects induced by the tetragonalisation show that the uniaxial anisotropy is mainly due to the films morphology and that the structural distortion contribution is very small

Obtenir une interface transparente entre le graphène et un supraconducteur s'est révélé être difficile et pourtant essentiel pour induire des corrélations supraconductrices dans le graphène par effet de proximité. Cette thèse présente une étude par spectroscopie tunnel (STS) à très basse température (50 mK) d'un système nouveau qui réalise ce bon couplage électronique en faisant croitre du graphène par épitaxie sur du rhénium supraconducteur. La fabrication et sélection des films minces de rhénium de haute qualité cristalline sont brièvement expliquées, suivies par le procédé de croissance CVD du graphène sur divers métaux et en particulier sur du rhénium. Les images topographiques obtenues par STM révèlent un moiré qui résulte de la différence de paramètre de maille entre le graphène et le rhénium. Nous identifions ce système à une monocouche de graphène en forte interaction avec le substrat, résultat corroboré par des calculs DFT. Des analyses STS dans une gamme d'énergie de plusieurs centaines de meV montrent une modulation spatiale de la densité d'états (DOS) à l'échelle du moiré, indiquant différentes forces de couplage entre les ‘collines' et les ‘vallées' du moiré. Les propriétés supraconductrices de l'échantillon en volume sont sondées par des mesures de transport, desquelles nous extrayons la température de transition Tc~2K et la longueur de cohérence supraconductrice ξ=18nm. Le gap supraconducteur est extrait de la DOS mesurée par STS à 50 mK (Δ=330µeV) et trouvé homogène à l'échelle du moiré. L'état mixte supraconducteur est étudié sous champ magnétique et un réseau de vortex d'Abrikosov est mis à jour. Enfin, une étude sur diverses morphologies de surface présente un effet de proximité supraconducteur latéral anormal, en contradiction avec les modèles existants
Obtaining a transparent interface between graphene and a superconductor has proved to be very challenging and yet essential to induce superconducting correlations in graphene via the so-called proximity effect. This thesis presents a scanning tunneling spectroscopy (STS) study at very low temperature (50 mK) of a novel system achieving such a good electronic contact by the growth of epitaxial graphene on superconducting rhenium. The fabrication and selection of high-crystallographic quality rhenium thin films are briefly explained, followed by the CVD growth process of graphene on various metal substrates and in particular rhenium. STM topographic images reveal a moiré pattern due to the lattice mismatch between graphene and rhenium. We identify this system to a graphene monolayer in strong interaction with the underlying substrate, as corroborated by DFT calculations. STS analyses in the hundreds-meV energy range show a spatial modulation of the density of states (DOS) at the moiré scale, indicating different coupling strengths between ‘hills' and ‘valleys' regions. The bulk superconducting properties are probed by transport measurements, from which we extract the transition temperature Tc~2K and a superconducting coherence length ξ=18nm. The superconducting gap is extracted from the DOS at 50 mK (Δ=330µeV) and found homogeneous at the moiré scale. The superconducting mixed state is studied under magnetic field and an Abrikosov vortex-lattice is uncovered. Finally, a study on various surface morphologies exhibits an anomalous lateral superconducting proximity effect in contradiction with the existing models

Ces dernieres annees, le developpement des systemes de transmission de l'information (television, telephonie) traduit l'essor considerable des moyens de communication. Cette evolution de l'electronique et de l'optoelectronique vers une integration de plus en plus poussee, s'accompagne d'une adaptation constante des techniques de caracterisation des circuits integres. De nouvelles techniques, telles que les microscopes a champ proche optique (pstm), constituent un outil particulierement adapte. Leur principe est base sur l'interaction d'ondes electromagnetiques avec un objet, donnant naissance a des ondes non propagatives qui contiennent des informations sub-longueur d'onde sur cet objet. Il est donc necessaire pour y avoir acces d'utiliser une sonde adequate, generalement des fibres optiques amincies ou des micro-leviers de microscope a force atomique (afm) associes a un systeme macroscopique de detection de la lumiere. Il est interessant de developper des sondes specifiques a la pstm, utilisant le concept de micro-levier de l'afm et integrant, de maniere hybride ou monolithique, des fonctions optiques actives (photodetecteur, emetteur), ou passives (guide d'onde). Ce memoire de these presente la conception, la simulation, la technique de fabrication generique et l'utilisation sur microscope pstm de nouvelles sondes developpees parallelement sur substrat silicium et sur inp. L'utilisation du silicium permet de couvrir les longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge en matiere de detection et de guidage. Les composes iii-v permettent l'analyse en infrarouge et d'envisager l'integration d'un dispositif actif detecteur ou emetteur.

Ce travail de thèse est consacré à l’étude d’auto-assemblages de molécules organiques π-conjuguées par microscopie à effet tunnel (STM)sous ultra-vide sur une surface de silicium dopée bore. Le manuscrit est constitué de cinq chapitres : dans le premier chapitre, nous présentons un état de l’art des assemblages organiques sur les surfaces métalliques et sur les semi-conducteurs. Le chapitre deux décrit le dispositif expérimental utilisé au cours de cette thèse. Il présente également le substrat de Si(111)-B et fournit les concepts théoriques associés à la microscopie à effet tunnel. Le troisième chapitre décrit en détail les réseaux supramoléculaires obtenus à partir d’une molécule aromatique halogénée de symétrieC2. L’adsorption de 4,4"-dibromo-p-terphényle conduit à la formation de deux types de structures compactes (l’une en bande et l’autre en chevron) stables à température ambiante et commensurables avec la surface. Nous montrons que ces architectures sont pilotées conjointement par la liaison hydrogène, la liaison halogène et du π -stacking. Le quatrième chapitre étudie l’influence du nombre de cycles aromatiques sur la géométrie et la périodicité d’auto-assemblages obtenus sur Si (111) -B. Pour cela, nous avons synthétisé deux molécules organiques composées d’une partie centrale aromatique et de deux chaînes latérales (O-(CH2)9-CH3). La partie centrale est constituée respectivement de trois ou cinq cycles phényles terminées par des groupements cyano. Nous nous sommes également intéressés à l’influence des groupements terminaux sur l’organisation du réseau. Nous montrons que l’effet des groupements cyano sur les interactions "molécule/molécule" et sur les interactions "molécule/surface" est négligeable. A partir des travaux obtenus dans le chapitre 4, nous concluons notre manuscrit en présentant des réseaux supramoléculaires de molécules dipolaires. Ces réseaux forment des lignes de dipôles. Nous montrons que sur de petites échelles les molécules favorisent un alignement de leurs moments dipolaires
This work is dedicated to the investigation under ultra high vacuum of _-conjugated molecule on a silicon surface by means of scanningtunneling microscopy (STM). The manuscript consists of five chapters.In the first chapter, we present a state-of-the-art of organic assembly on metal and semiconductor.Chapter two describes the experimental setup using during thesis. It also shows Si(111)-B substrate and gives theoretical conceptsassociated with the scanning tunneling microscopy.The third chapter describes in detail the supramolecular network obtained from an aromatic halogenated molecule with C2 symmetry. Theadsorption of 4,4"-dibromo-p-terphenyl leads to the formation of two kinds of compacts structures (a stripe structure and a herringbonestructure). The formed networks are stable at room temperature and commensurable with the surface. These architectures are promotedby hydrogen bond, halogen bond and _-stacking.Chapter four studies influence of benzene ring number on the geometry and the periodicity of self-assemblies on Si(111)-B. To do that,we have synthesis two organics molecules composed of an aromatic central part and two laterals chains (O-(CH2)9-CH3). The centralpart is composed of respectively three or five phenyl ring ended by cyano groups. We are also interested to the terminal groups effecton the network organisation. We show that the cyano groups effect on the "molecule/molecule" interaction and the "molecule/surface"interaction are negligible. Basis of the work conducted on the chapter four, we conclude our manuscript by presenting supramolecularsnetworks of dipolar molecule. These networks form dipole lines. We show that on small scale the molecules promote an alignment of theirdipolar moments

L'objectif de cette étude est d'examiner, grâce à la microscopie à effet tunnel (STM), la microtexture et la microstructure superficielle des fibres de carbone de diverses origines, et de caractériser physico-chimiquement, grâce à la mise en oeuvre de plusieurs méthodes analytiques, la surface des fibres de carbone ayant subi différentes températures de traitement thermique (TTT) et différentes intensités d'oxydation anodique. En premier lieu, la STM a permis de distinguer les aspects superficiels des fibres de carbone qui sont liés à la filature du précurseur et de mettre en évidence les trois types de microtextures nodulaire, en marches et « graphène » à l' échelle atomique. L'évolution de la microstructure avec la TTT a également été étudiée et les paramètres structuraux des cristallites superficiels ont été mesurés directement sur les images. Pour la première fois, nous avons pu observer directement les micropores des fibres de carbone activées, et évaluer les effets des traitements d'oxydation à l'échelle atomique. En deuxième lieu, la chromatographie gazeuse inverse (CGI) a permis de caractériser l'hétérogénéité énergétique entraînée par l'hétérogénéité structurale. Nous avons montré que les sites des plans de base sont prédominants à la surface des fibres et que l'oxydation anodique introduit des sites ayant un caractère acide. La composante dispersive de l'énergie de surface mesurée par CGI à dilution infinie ne caractérise que les sites de haute énergie. L'évolution de cette énergie avec la TTT et l'oxydation anodique a été interprétée en termes de sites de bordure, de défauts superficiels et d'hétéroatomes de haute polarisabilité