Les Surfaces solides : concepts et méthodes

Elles sont donc peu développées et concernent essentiellement des modèles à une dimension. Comme les propriétés électroniques des surfaces sont traitées de façon détaillée dans l'excellent ouvrage de Desjonquères et Spanjaard, nous aurions pu ne pas développer ce thème et renvoyer le lecteur à ce livre. Cependant, il semblait nécessaire dans un livre sur les surfaces d'aborder des notions clés telles que le travail de sortie ou l'existence d'états de surface. Ces propriétés électroniques importantes sont donc tout de même traitées. Nous renvoyons bien sur le lecteur désireux d'aller plus loin à des ouvrages plus spécialisés. Nous avons profité de l'étude des propriétés optiques pour insister sur le fait que la surface d'un solide est en fait une couche inhomogène d'épaisseur finie permettant de passer graduellement du volume du solide à son environnement (dans ce cas le vide). Nous avons, dans ce chapitre, privilégié l'introduction aux notions complexes que sont les notions de non localité des champs plutôt qu'une description exhaustive des propriétés optiques de surface. Nous abordons enfin le problème de la composition chimique de la surface d'un alliage et les problèmes de ségrégation.

La troisième partie traite des moyens de caractérisation courants (c'est à-dire disponibles dans tous les laboratoires étudiant les surfaces) tels que la spectrométrie Auger, la spectroscopie de photoélectrons excités par rayons X ou les techniques de diffraction électronique de surface. Dans tous les cas, l'accent est porté sur les propriétés d'excitation, d'émission et de détection ainsi que sur la manière d'exploiter les résultats. Les techniques de microscopie électronique en incidence rasante ou à faible énergie sont également extrêmement importantes pour l'étude dynamique des surfaces. Bien que seuls quelques laboratoires au monde possèdent des microscopes électroniques en réflexion (REM) ou à électrons lents (LEEM), leur importance en science des surfaces nous a conduits à consacrer quelques pages à ces techniques. Nous ne pouvions poursuivre sans décrire la révolution introduite par l'apparition des microscopies à champ proche (et notamment de la microscopie par effet tunnel) permettant d'imager la densité électronique de surface et par là même d'appréhender la structure atomique de surface dans l'espace réel ! Nous terminons cette partie par la description de quelques méthodes optiques d'analyse de surface.

En complément de la partie précédente, la quatrième partie est consacrée à l'étude des moyens de caractérisation nécessitant l'utilisation du rayonnement synchrotron. Ce rayonnement, caractérisé par une grande cohérence et une grande brillance sur une grande gamme d'énergie, offre la sélectivité chimique d'une part et permet d'autre part des mesures d'une qualité inégalée sur des quantités de matière faibles. Un tel outil est donc particulièrement intéressant pour l'étude des surfaces. Après une rapide introduction au rayonnement synchrotron, nous présentons un formalisme dépouillé permettant d'introduire les mécanismes de diffusion et d'absorption.

La sixième partie de l'ouvrage est consacrée aux mécanismes élémentaires de croissance cristalline sur une surface. Des ouvrages spécialisés existent sur le sujet, notre objectif ici est donc essentiellement d'aborder les problèmes de croissance sur une surface plane et en particulier les mécanismes de croissance d'un cristal sur un substrat étranger. En outre, le point de vue atomistique de la croissance n'est pas développé au-delà de la théorie de Burton, Cabrera et Frank (théorie BCF). Ces phénomènes de croissance nous conduisent naturellement à nous focaliser sur ce que l'on appelle depuis Royer l'épitaxie et dont l'utilité pour fabriquer des composants électroniques par exemple, n'est plus à démontrer. Cependant, dans la plupart des ouvrages consacrés au sujet, l'effet des contraintes élastiques sur les propriétés de croissance n'est pas ou peu abordée. Nous avons ici pris le parti inverse en insistant sur les effets élastiques particulièrement étudiés dans les laboratoires ces dernières années. Une fois de plus nous avons privilégié une approche analytique fondée sur des modèles simples.