Transcription

1 Tabledesmatieres 1 1Introductiongenerale 1.1Contextedel'etude Plandumemoire Lastructuredesalliagesordonnes 2.1Introduction L'elaborationdescouchesmincesd'alliagesordonnes Procedure Equipement CaracterisationstructuraleparrayonsX Lesoscillationsd'intensiteRHEED Leparametred'ordreetsadeterminationparrayonsX LatechniquedesrayonsX Larelaxationdescouchesdefer-palladium Lesmicromaclesobserveesparmicroscopieenchampproche Lesresultatsexperimentaux Lemicroscopeaeettunnel Lemicroscopeaforceatomique Lacongurationmagnetiqued'alliagesordonnes 2.4.3Lasurfacedel'echantillon Introduction Lescyclesd'hysteresis L'eetKerrmagneto-optique Modeles Resultatsexperimentaux...32

2 23.3Lesdomainesmagnetiquesal'equilibre...33 TABLEDESMATIERES 3.3.1Lacongurationetlatailledesdomainesenchampnul-Modeles Lemicroscopeaforcemagnetique Lesdomainesmagnetiqueshorsd'equilibre Lesdomainesmagnetiquesal'equilibre-Resultatsexperimentaux Lanucleationdesdomainespendantlacroissance Resultatsexperimentaux L'evolutionversl'equilibre Ladistributiondesdistancesobtenuepartraitementd'images44 4Lesechantillonsobtenusenmodecoucheparcouche 3.5Lalimited'ecritureauxtresfaiblesepaisseurs Introduction Caracterisationstructurale Lemodedecroissance\coucheparcouche(temps)" Lacongurationetlatailledesdomainesenchampnul Faibleanisotropieperpendiculaire LesdomainesmagnetiquesobservesparMFM Modelesmagnetiques Lescyclesd'hysteresis Lemodeledelarotationuniforme Lescyclesd'hysteresismesurespareetKerrmagneto-optique Comparaisondestroismethodesemployeespourlamesure descyclesd'hysteresis Lescyclesd'hysteresismesuresparVSM SQUID Discussion...72

3 TABLEDESMATIERES 5Proprietesenfonctiondumodedecroissance 3 5.2Laconstanted'anisotropied'ordredeux Introduction L'anisotropiemagnetiquedescouchesmincesdeFePdepitaxiessur 5.3.1LacroissancesurMgO...80 MgO Tdep^ot<350C-Lamiseenordre Coucheparcouche(RHEED) Comparaisondel'ensembledelaseried'echantillonselabores 5.3.4Lacroissancerugueuse ConclusionsurMgO...91 AAnnexes A.2Lafonctionelliptiquesinus-amplitudedeJacobi...97 A.1ResumedequelquesproprietesdesechantillonsdecritsdansceDiplomarbeit...97 A.4ProprietesinteressantesduFePd,duPdetduMgO...99 A.3Listedessymbols...98 A.4.2Lesparametresd le A.4.1LediagrammedephaseduFePdmassif...99 A.4.3AutresproprietesduFePdmassif...100

4 4Tabledesgures TABLEDESFIGURES 1.1Laphasedeplansalternes,L LaphaseL10etlaphase Echantillondeposesurunecouchetampondepalladium Lachambrededep^ot IntensiteRHEEDreechiesurlasurfacedel'echantillonpendantle 2.5Schemadugoniometreutilise...19 codep^otdeferetdepalladiuma350c Courbetheta/deuxthetatypiquedel'echantillonc350=Pd L'eetdelaconvolutiondelaformedelapointeaveclatopographie 2.7Courbed'amplitudeenfonctiondeladistanceparrapportal'echantillon22 2.9ImageparAFMdesmicromacles...24 desurfaceenafm ImageparAFMdesmicromaclesauneepaisseurdecoucheproche 2.11ImagedeSTMsousultravidedesmicromacles...26 del'epaisseurouapparaissentlesmicromacles Airesurlacourbedepremiereaimantationquirepresentel'energie 3.2Cyclesd'hysteresisenchampperpendiculairedel'echantillonc350=Pd32 necessairepouraimanterl'echantillon LacongurationdedomainesenvisageeparKittel Champcoercitifetremanencerelativeenfonctiondel'epaisseurde lacouchepourl'echantillonc350=pd LacongurationdedomainesenvisageeparKaplanetGehring Evolutiondelaphaseenfonctiondeladistancealasurfacede 3.7Schemaexplicatifdumodeentrelace...38 l'echantillon Imagesapresdesaimantation Tailledesdomainesenfonctiondel'epaisseurapresdesaimantation.39

5 TABLEDESFIGURES 3.10Tailledesdomainesenrepresentationsemi-logarithmiqueenfonction Latailledesdomainesapresdesaimantationauxfortesepaisseursen del'inversedel'epaisseurdelacouche Domainesenfonctiondel'epaisseurdelacoucheobservesparMFM.42 fonctiondel'epaisseurdelacouche Etapesdutraitementd'imagesurl'exempledel'imageobtenuea3;8nm Histogrammesobtenussurlesdomainessombres Histogrammesobtenussurlesdomainessombres Tailledesdomainesenfonctiondel'epaisseurdelacouchehorsd'equilibre 3.17RepresentationdeXenfonctiondel'epaisseurdelacouche...50 etal'equilibre Lalimited'ecritureauxfaiblesepaisseurs Lefonctionnementdumodedecroissance\coucheparcouche" Congurationenrubans IntensiteRHEEDetsignald'ouvertureetdefermeturedescachesen fonctiondutempspourl'echantillonc=c(temps)=pd L'epaisseurcritiquecalculeeparSukstanskiietPrimakenfonctionde 4.4Prold'aimantationproposeparKaczer CongurationdedomainesdefermetureproposeeparMurayama...60 l'anisotropiemagnetocristalline TailledesrubansobservesparMFMenfonctiondel'epaisseurdela 4.7RubansparallelesobservesparMFM Cyclesmodelesderotationuniformeadesanglesde0et20duchamp couche Ladenitiondesanglesutilisespourladescriptiondelarotation parrapportalanormaledel'echantillon Cycled'hysteresistypiquepouruneepaisseurinferieureal'epaisseur uniforme Cycled'hysteresistypiquepouruneepaisseursuperieureal'epaisseur critiquemesureparmoke...65 critiquemesureparmoke...65

6 64.13Aimantationquiparticipeausautal'origineenfonctiondel'epaisseur TABLEDESFIGURES 4.14Variationduchampcoercitifenfonctiondel'epaisseurdelacouche.67 delacouchemesureepareetkerrtransverse Cycled'hysteresistypiquepourlesepaisseursh38nmmesurepar 4.16Cyclesd'hysteresisenchampparalleleetperpendiculairemesurespar eetkerrtransverse Cycled'hysteresismesureauSQUIDdansladirectionduchampappliquepourlemorceaud'echantillon VSM Cycled'hysteresismesureauSQUIDperpendiculairealadirection 4.19Representationdel'epaisseurcritiquecalculeeparSukstanskiietPrimaketdesechantillonsc350=Pdetc=c(temps)=Pdenfonctionde duchampappliquepourlemorceaud'echantillon Cyclesd'hysteresisenchampparalleleetperpendiculairepourl'echantillon l'anisotropierelative Domainesdel'echantilloncX=PdobservesparMFM...79 cx=pd EchantillonsepitaxiessurMgO Lescyclesd'hysteresisenchampparalleleetperpendiculairemesure 5.4Labouclederetroactionassocieeaumodedecroissancecouchepar parvsmdel'echantillonc/c(rheed)...83 couche(rheed) Lescyclesd'hysteresisenchampparalleleetperpendiculairedesechantillons 5.7ImagesMFMpourTdep^ot=220Cet350CsurMgO...86 elaboresauxtemperaturesdedep^otinferieuresa350cmesurespar MFM RepresentationdeSukstanskiietPrimakpourlesquatreechantillons 5.8Constantesd'anisotropieenfonctionduparametred'ordrealongue elaboresatdep^ot distance ImageAFMal'airdel'echantillonc510=MgOetprolenhauteurz 5.11ImageAFMsousUHVdel'echantillonc510?=MgO...89 del'echantillonc510=mgo...88

7 TABLEDESFIGURES 5.12Lescyclesd'hysteresisenchampparalleleetperpendiculairedel'echantillon7 5.13ImageMFMdel'echantillonc510=MgO...91 elaboreaunetemperaturededep^otde510cmesureparvsm Constanted'anisotropieenfonctionduparametred'ordrealongue 5.15RepresentationdeSukstanskii[1]pourlesechantillonsdeposeessur MgOetudiesdanscechapitre...93 distance...93 A.1Diagrammedephasebinairedusystemefer-palladium...99

8 8Listedestableaux LISTEDESTABLEAUX 4.1Comparaisondestroismethodesdemesuresemployees Constanted'anisotropieenfonctiondel'epaisseurdelacouchemesuree 4.3Resumedesproprietesobtenuesapartirdestroismethodesemplyees parvsm Directionsdefacileaimantationenfonctiondesconstantesd'anisotropie pourlamesuredescyclesd'hysteresis Constantesd'anisotropied'ordreunetdeuxpourtroisechantillons dedierentsdegresd'ordremesureesparlamethodedesaires...78 d'ordreunetdeux Parametred'ordredesechantillonsenfonctiondelatemperaturedu 5.3LaseriedeseptechantillonselaboressurMgOpourl'etudepresentee substratpendantledep^ot...83 danscechapitre Anisotropieenfonctiondelatemperaturededep^otdesechantillons 5.6Constantesd'anisotropieenfonctiondumodedecroissance...92 elaboresauxtemperaturesdedep^otinferieuresetegalesa350c mesureeparvsm...85

9 1 Introductiongenerale 9 Lesmateriauxmagnetiquespresententuneanisotropiedeformed'echantillon.Pour 1.1 Contextedel'etude lesechantillonsenformedecouchesminces,ceteettendaramenerl'aimantation del'echantillondansleplandelacouche.pourobtenirunaxedefacileaimantation perpendiculaireauplan,ilfautvaincrecetteanisotropiedeforme.lesmateriauxa depetitetaille.aujourd'hui,latailled'unbitestdel'ordredumicron.lataille anisotropieperpendiculairesontinteressantscommemediaspourl'enregistrement magnetiqueetmagneto-optique,carilspresententdesdomainesmagnetiquesstables L'aimantationpeut^etreredresseeparl'anisotropiemagnetocristalline.Lesgrenats nanometres. desdomainesal'equilibredansdescouchespeutatteindrequelquesdizainesde lacoucheetonteteetudiessoigneusementpourleuraimantationperpendiculaire. presententuneanisotropiemagnetocristallinequisutaredresserl'aimantationde Aveclapossibilited'elaborerdescouchesmincesepitaxies,desnouvellesfacons devaincrecetteanisotropiedeformeentrentenjeu.pardenitiondel'epitaxie,la couchedeposeecro^tdefaconcoherentesurlesubstrat,m^emesilesdeuxparametres d lenesontpasegaux.lechoixdusubstratpermetdoncd'imposerleparametre d ledansleplandelacouche.cependant,s'ilexisteundesaccordparametrique entrelacoucheetsonsubstrat,lescouchesepitaxieessontsoumisesadescontraintes. anisotropieperpendiculaire:l'eetmagneto-elastiquedevolume,l'anisotropied'interfacequipresentedeuxtermes,l'unlieauxcontraintesepitaxiales,etl'autre Liu[2]apumontrerqu'undep^otdequelquescouchesatomiquesdeFesurCu presenteuneanisotropieperpendiculairedufaitdel'anisotropied'interface.dans independantdescontraintes. Ceciconduit,danslescouchesmincesepitaxiees,ad'autresoriginespossiblesd'une magnetostrictiondevolumeredressel'aimantation[3].undep^otdecosurau(111) presenteuneanisotropieperpendiculairepouruneautreraison:unenouvellephase lesystemecu=ni=cu,uneanisotropied'interfaceeleveelieeauxcontraintesetla afacescentrees[4].cettephaseeststabliliseeparlescontraintesepitaxiales.pour tombedansleplandelacouchecarlaphasehexagonaledumassifappara^t,puis ducoestproduitequin'estpasstabledanslemateriaumassif-laphasecubique auxepaisseursencorepluselevees,l'anisotropiemagnetocristallinedecettephase hexagonaleredresseunepartiedel'aimantation[5]. lesdep^otsdecosuperieursaquelquescouchesatomiques,l'axefaciledumateriau dep^otsplusepaisonteteetudiespourleuranisotropieperpendiculaire(parexemple Desmulticouches,quipermettentdemaintenirunfortpoidsdesinterfacespourdes couches\ultimes"correspondentadesalliagesordonnes.cependantlareduction defeparexempleetunecoucheatomiquedept[7]onteteelabores.cesmultifaces,desmulticouchesaperiodededeuxcouchesatomiques,unecoucheatomique lesmulticouchesdecopt[6]).pouraugmenteraumaximuml'inuencedesinter-

10 delaperiodedesmulticouchesnecessitedesnouvellesmethodesd'elaboration.en 10 1INTRODUCTIONGENERALE epitaxieparjetsmoleculaires(molecularbeamepitaxy-mbe),chaqueinterface estcritiquepourlesmulticouchesaperiodededeuxcouchesatomiques. creeelorsdudep^otestsusceptibled'introduiredudesordredanslescouches.ceci z y Danslediagrammedephasebinairedusystemefer-palladium(annexeA.4.1),une noiretlesatomesdepalladiumsontrepresentesengrisclair. Fig.1.1:Laphasedeplansalternes,L10.Lesatomesdefersontrepresentesen x AuCu(I),existe(gure1.1).Engeneral,lorsdelafabricationdecetalliagesans phasedeplansalternesdeferetdepalladium,enmetallurgieappeleel10ou precautionsparticulieres,aucunedestroisdirectionsdel'espacen'estfavorisee,et unecoucheisotropeestcreeeparmelangedestroisvariantsdecettestructure:il plansdeferoudepalladiumsuitlesdirectionsx,yetz,cesontlestroisvariants. L'epitaxieparjetsmoleculairesparcontre,permetlafabricationd'unseulvariant, estpossibledetrouverdeszonesdansl'echantillonouladirectiond'empilementdes couche.(danscerapport,l'axeperpendiculairealacoucheseradenommez.) celuidontladirectiond'empilementdesplansestsuivantz,perpendiculaireala redressel'aimantation[8].cecinouspermetd'obteniruneanisotropieperpendiculairedansunegrandegammed'epaisseuretenparticulier,d'etudierlaconguratiomainesonteteetudiespargehanno[9]au-dessusd'uneepaisseurdecouchede5nm. desdomainesperpendiculairesquiresultentdel'anisotropieperpendiculaire.cesdo- Pourcompletercetteetude,nousnousinteressonsauxproprietesdecesdomaines auxtresfaiblesepaisseurs.auxepaisseurstresfaibles,l'equilibredelaconguration horsequilibrequin'avaientpu^etreobservesjusqu'apresent. magnetiqueestdicilementatteint.cecinouspermetd'observerdesetatsfortement Cettephase(L10)estconnuepouravoiruneanisotropiemagnetocristallineforte,qui epitaxieparjetsmoleculaires.ellenepresentepasd'anisotropieuniaxiale[10].il stableauxtemperatureselevees.cettephasepeutegalement^etrestabliliseepar L'alliagedeconcentration50=50defer-palladiumpresenteunephasedesordonnee estaussipossibledefabriquerdesalliagesd'ordreintermediaireetilestdoncessentielpournousdecontr^oleraumieuxledegred'ordrechimiquedansnoscouches.

11 Nousnousinteressonsal'anisotropiemagnetocristallineenfonctiondudegred'ordrechimiquedesalliages.Est-cequ'ilestpossibledereliersimplementlavaleurde l'ordrealonguedistancedesplansdeferetdepalladiumpurs? l'anisotropiemagnetocristallineaudegred'ordredansnoscouches?quelordrecree l'anisotropiemagnetocristalline,l'ordrelocaldespremiersvoisinsdanslamailleou 1.2Plandumemoire 11 etudiees.pourcontribueralaconnaissanceplusprofondedelastructuredescouches Labasedecetteetudeestlaconnaissancedelastructuredescouchesminces 1.2 Plandumemoire epitaxieesd'alliagesordonnes,nousavonseectueuneetudedelarelaxationde decrochementalasurface,cequinousapermisdelesvisualiserparmicroscopiea cescouches.cescouchesrelaxentparintroductiondemicromaclesquilaissentun etudedesdomainesmagnetiquesal'equilibre,etnousmontronsquelamemoire enfonctiondel'epaisseurdelacouche.auchapitretrois,nouspresentonsune Nousabordonsensuitel'etudedelacongurationmagnetiquedesalliagesordonnes forceatomique.cetteetudeserapresenteedanslechapitredeux. quegardelacoucheduprocessusdecroissance,permetl'observationdedomaines etudedeceslms,quipresententunordreinferieuraceluidescouchesdeposeesa descouchesatomiquesdeselementsferetpalladiumpur.nousallonspresenterune horsd'equilibre. L'epiaxieparjetsmoleculairesnouspermetegalementdedeposersuccessivement temperaturedesubstratelevee. Puisnousaborderonsl'etudedesalliagesmoinsbienordonnesenfonctiondumode desalliagesdeposessurunsubstratd'oxydedemagnesiumpourdierentsdegres decroissance.lechapitrecinqseradediealacomparaisondesproprietesmagnetiques d'ordre,l'epaisseurdecoucheetantxe.

12 12 2 Lastructuredesalliagesordonnes 2LASTRUCTUREDESALLIAGESORDONNES Nousnoussommesproposesd'elaborerparepitaxieparjetsmoleculairesdesechantillons 2.1 defer-palladiumdelaphasel10formeedeplansalternesdeferpuretdepalladiumpur.lediagrammedephasedusystemefer-palladium(voirannexea.4.1) destemperaturesinferieuresa600c.auxtemperaturespluselevees,laphase deferetdepalladiumsurlessitesdureseaucubiqueafacescentrees. Introduction nousmontreque,alaconcentration0;5=0;5,cettephaseestlaplusstablepour desordonnee,eststable.cettephasepresenteunerepartitionaleatoired'atomes c a elementschimiquesdanslaphaseestrepresenteengrismoyen. atomesdepalladiumsontrepresentesengrisclair.lemelangealeatoiredesdeux Fig.2.1:LaphaseL10etlaphase.Lesatomesdefersontrepresentesennoir,les a a a CommeilestpossibledestabiliserlaphaseL10ainsiquelaphaseparepitaxie a parjetsmoleculairesetcommenousnousinteressonsaulienentrelesproprietes structuralesetmagnetiques,ilestessentielpourcetteetudedeconna^treaumieux contribueralaconnaissanceplusprofondedel'ordre,nousallonsetudierundefaut l'etatd'ordredenoscouches,etquelsdefautsysontpresent.danscechapitre,pour particulier,quiappara^tm^emedanslesalliagesordonnes,lesmicromacles Equipement L'elaborationdescouchesmincesd'alliagesordonnes electroniqued'unecibleal'aided'uncanonaelectrons.leselectronssontacceleres L'epitaxieparjetsmoleculaires(molecularbeamepitaxy-MBE)estbaseesurl'utilisationd'unuxd'atomesenregimeballistique,anqu'ilssedeposentdefacon coherentesurunsubstrat.dansnotrecas,ceuxestcreeparlebombardement parunehaute-tension,etdirigessurlacibleparunchampmagnetique.notreb^ati dembe(fourniparriber-gure2.2)estequipededeuxevaporateursabombardementelectroniquesquipermettentl'evaporationsimultaneededeuxelements.pour

13 2.2L'elaborationdescouchesmincesd'alliagesordonnes obtenirl'epitaxiedecouchespropres,ilestimportantd'abaisserlapressiondans 13 l'enceintejusqu'al'ultravide(uhv-10?7pa),carsinonlapollutiondelasurface pendantledep^otparlesatomesetmoleculesdugazresiduelseraittropimportante. Leuxd'atomesballistiquesvientsurl'echantillonsuivantlem^emeangle(20)que celuivuparunebalanceaquartzquimesurelesuxatomiques. Danslachambrededep^ot,unfour,montesurleporte-echantillon,nouspermet d'augmenterlatemperaturedusubstratpendantledep^ot.sousuhv,l'equilibre Unfaisceaud'electronsRHEED(reectedhigh-energyelectrondiraction)de40kV l'incertitudea30cvers400c. thermiqueestdicilementatteint.latemperaturedusubstratpendantledep^ot estevalueeapartirdelacalibrationcourant/temperaturedufour.nousestimons L'echantillonpeut^etremasqueparuncachepiloteparunmoteurpasapas.Nous peut^etreenvoyesurl'echantillonetlefaisceaureechipeut^etredirigeversunecran uorescent.cettemethodeseraexpliqueedansleparagraphe quelatemperature,laconcentration,etc.quiseproduiraitsinouselaborionsune nouspouvonsminimiserleseetsd'unchangementdesconditionsdedep^ottelles Ceciesttresimportantpourlesetudesenfonctiondel'epaisseurdelacouche,car nousservonsdececachepourfabriquerdesechantillonssousformedecoinsd'epaisseur. seried'echantillons.cecacheesttresprochedel'echantillon(1mm),tandisqueles sourcessontaunedistancede200mm.lazonedepenombreestalorsnegligeable parrapportalatailledel'echantillon.leborddececacheestaligneselonleplan deniparlesdeuxchargesetparl'echantillon,iln'yadoncpasd'eetd'ombre 2.2.2Procedure dierentielle. inferieuresa600c,nouspouvonsespererqu'elleseformespontanementaune D'unepart,commelaphaseL10estlaphased'energielaplusbasseauxtemperatures temperaturequiassureladiusion.d'oul'ideededeposerlesdeuxelementsen m^emetemps[11].d'autrepart,lacaracteristiquedel'epitaxieparjetsmoleculaire estdepouvoirdeterminerleparametred ledelacouchedeposeeparcelui dusubstrat.sionchoisitunsubstratquidiminuelescontraintesdanslaphase ordonneeparrapportalaphasedesordonnee,l'energiedueauxcontraintes,elle aussi,favoriselamiseenordre. Leparametred ledufer-palladiumdesordonne(a=0;380nm[12])estplus petitqueleparametred ledufer-palladiumordonne(tetragonal)dansleplan d leplusprochede0;385nmpourfavoriserlastructureordonnee.dansce (a=0;385nm[8]).ilsutdoncdechoisirunsubstratquipresenteunparametre ants,nousetudieronscependantd'autresmodesdecroissance.cetechantillonsera chapitrenousallonspresenterunechantillonepitaxiesurunsubstratdepalladium nommec-pourcodep^ot,puislatemperaturededep^otenc,et\=pd"pourle (a=0;389nm)aunetemperaturededep^otde350c.dansleschapitressuiv- substrat:c350=pd.gehannoamontrequeparcettemethodedesmonocristauxde fer-palladiumdegrandequalitesontobtenus[13].enparticulier,elleamontrepar

14 14 2LASTRUCTUREDESALLIAGESORDONNES Cache motorisé Manipulateur canon RHEED Four échantillon balance à quartz Ecran fluorescent Cache 20 panneau refroidi évaporateur à bombardement Fig.2.2:Lachambrededep^ot électronique Charges microscopieelectroniqueentransmissionquepourdesdep^otsdefepdentrel'ambianteet350c,lesautresvariantspossiblesnesontpaspresents,c'estadireque z. Noscouchesmincessontdeposeessurdesmonocristauxd'oxydedemagnesium ladirectiond'empilementdesplansdeferetdepalladiumesttoujoursladirection stratsdoivent^etrenettoyessoigneusement,d'abordal'aided'untraitementchim- ique,puisparunrecuitsousultravidepourassurerledegazagedesadsorbats. d'orientation(001)(fournisparearthchemical-japon).l'anglemaximalentrela familledeplansperpendiculairea(001)etlasurfaceestinferieura0;5.cessub- unecouchetampondepalladium.cettecouchedoit^etresusammentepaissepour relaxertouteslescontraintesquiviennentdudesaccordparametriqueentrelemgo Dansunpremiertemps,unecouchedenucleationdechromeestdeposee.Puis environunedemi-heureavantdedeposerlacouched'alliagealatemperaturedesiree. cerecuit,ilestnecessaired'attendrelerefroidissementdel'echantillonpendant etlepd.deplus,pourlisserlasurface,nousrecuisonscettecouchetampon.apres L'echantillonc350=Pdestuncoinavecuneepaisseurvariantde0a110nmsurune depalladiumsurlesechantillons. l'airnousdeposons,apresretouralatemperatureambiante,unecoucheprotectrice couchesurunm^emeechantillon.poureviterl'oxydationdufepdapresremisea longueurde15mm.cecinouspermetd'etudierunegrandegammeenepaisseurde

15 2.2L'elaborationdescouchesmincesd'alliagesordonnes 15 couche de protection de Pd 0-110nm 2nm FePd couche tampon de Pd 100nm 2nm couche de nucléation de Cr epaisseurvarieentre0et110nm. Fig.2.3:Echantillonc350=Pddeposesurunecouchetampondepalladium.Son substrat de MgO 2.2.3Lesoscillationsd'intensiteRHEED Latechnique Nousdisposonsd'unappareillagedediractiond'electronsRHEED.Comptetenu del'angled'incidence(<5)etdel'energiedeselectrons(40kev),lamesureestsensibleuniquementauxpremiersplansatomiques.lareexiondeceselectronsnous n'yapasdemarchessurlasurface,elleestmaximale,siladensitedemarchesest renseignesurl'etatdelasurface:sonintensitedependdeladensitedemarches.s'il nelleparil^otsmonoatomiques,l'intensitedufaisceaurheedreechipresentedes maximale,l'intensitereechieestminimale.pendantunecroissancebidimension- Gehanno[13]aobserveundoublementdelaperiodedesoscillationsdeRHEED oscillations,dontchaqueperiodeestinterpreteecommerelieealavariationdela densitedemarchespendantlacroissanced'unecoucheatomique[14]. indicedelamiseenordredanslastructurel10pendantlacroissance. surcouchetampondepalladiuma350c.cedoublementestinterpretecommeune (parrapportacelleobtenuepouruncodep^otaleatoire)pendantlecodep^otdefepd LesoscillationsRHEEDenregistreespendantlacroissancedel'echantillonc350=Pd sontpresenteesicisurlagure2.4.avantquelesoscillationsproprementdites Resultatsexperimentaux tionestdueaudep^otsurunesurfaceimparfaite. Letempsnecessairealacompletiond'unecoucheatomiquedefer(depalladium debutent,unevariationirregulieredel'intensiterheedestobservee.cettevaria- resp.)aetecalibreauprealableat=6s.pendantlecodep^otdesdeuxelements, l'intensitedufaisceaurheedreechidevraitoscilleravecuneperiodede3s.mais laperioded'oscillationobserveeestde6senviron.

16 16 2LASTRUCTUREDESALLIAGESORDONNES Hu.a.L Fig.2.4:IntensiteRHEEDreechiesurlasurfacedel'echantillonpendantle codep^otdeferetdepalladiuma350c.l'intensiterheedestpresenteeenordonneeenechellearbitraire.lepointzerodel'echelledutempsestchoisidefacon acequ'ilmarqueledebutdudep^ot.lesoscillationspresententuneperiodedouble temps HsL parrapportacelleobtenuepouruncodep^otaleatoire. Nousavonsmesurelaperioded'oscillationplusprecisementpourdeuxinstants: justeapresledebutdudep^otetapresledep^otd'unquartdel'epaisseurtotale d'alliagedeposesurcetechantillon(h25nm).audebutdudep^ot,laperiode del'oscillationestde6;2s.cecipourrait^etred^uauneerreurdeconcentrationde evolueejusqu'a6;1s.cecinouspermetd'estimerl'incertitudesurlaconcentration 3%aumaximum,indiquantqu'undeselements,appelonsle\A",estdeposeen concentrationde47%dansleplusmauvaiscas.laperiodeobserveenerestepas constanteenfonctiondutemps.apresledep^otd'unquartdelacouche,laperiodea del'alliagedeposea5% Leparametred'ordreetsadeterminationparrayonsX CaracterisationstructuraleparrayonsX L'ordrealonguedistancepeut^etrequantieal'aideduparametred'ordre: ouna(b)presenteletauxd'atomesdel'especeaquioccupentlesitedesatomesb danslastructurel10. S=nFe(Fe)?nFe(Pd)=nPd(Pd)?nFe(Pd) (2.1) Ceparametred'ordrepermetdemesurerl'ordrechimiquedelacouched'alliage,par rapportalareferencedudesordredelaphase:pourcettederniere,leparametre d'ordreestde0. Pourfairelelienentrecettedenitiondel'ordrealonguedistanceetl'intensite mesureeparrayonsx,nousconsideronslefacteurdestructure.ilnousdonnedeux

17 2.3CaracterisationstructuraleparrayonsX informations:lesreglesd'existencedesraiesetlavaleurdel'intensitemesureepour 17 lesdierentstypesderaies.alastructuredesalliagesdesordonnesdelaphase s'appliquentlesconditionsd'existencedesraiesdureseaucfc,alastructuredes alliagesordonnesl10s'appliquentlesconditionsdediractiondureseautetragonal abasecentree. alliageordonnealliagedesordonne Lesraiesquisonteteintesdanslastructurechimiquementdesordonnee,maisqui h+k=2n h+k=2n existentdanslastructureordonnee,sontparticulierementinteressantes,carleur h+l=2n intensitepermetdequantierledegred'ordredelacouche.enparticulier,pourles k+l=2n periodicitede1=2danscettedirectiondansl'espacereciproque. raies(00l),ledoublementdelaperiodicitespatialedansladirectionzmeneaune Ilsutd'ecrirelefacteurdestructuredesraiesfondamentalesetdesraiesde surstructurepourobtenirlelienentrel'intensitedesraiesmesureesparrayonsxet S: FFfond=4f0Fee?MFe+f0Pde?MPd2 FFsur=4S2f0Fee?MFe?f0Pde?MPd2 +4f00 Fee?MFe+f00 +4S2f00 Fee?MFe?f00 (2.2) oufx=f0x+if00 pourl'especex,e?mx,estinclut.cettemethodeaeteproposeeparcebollada[11]. Xestlefacteurdediusionatomique.LefacteurdeDebye-Waller (2.3) Ledesordredansnoscouchespeutvenirsoitdudesordred^uaucaracterealeatoire danslechapitre5,soitdedierentstypesdedefauts:lesmicromacles(quiseront duuxincidentquiestintroduitlorsdelacroissancehorsd'equilibre-cedesordre chimiquevientessentiellementd'unetemperaturededep^ottropbasse,etseradiscute 2.3.2Larelaxationdescouchesdefer-palladium discuteesdanscechapitre),lamosaqueetc. elastiqueemmagasineedanslacoucheacausedecescontraintesestproportionnelle Dufaitdelacroissancecoherenteenepitaxie,etdufaitdudesaccordparametrique del'ordrede1%),lescouchesepitaxieessontsoumisesadescontraintes.l'energie al'epaisseurdelacouche.al'epaisseurdecoucheoucetteenergiedevientsuperieure entrelescouchesetlesubstrat(pourfepdsurpdledesaccordparametriqueest al'energiedeformationd'unedislocationquirelaxelescontraintes,lacouchepeut relaxerparintroductiondecedefaut. Lesmetauxenstructurecubiqueafacescentreesglissentsurleursplansdensesf111g parpropagationdedislocations.deuxmecanismesderelaxationonteteobserves:la

18 18 dislocationpeutpresenterunvecteurdeburgersquiestunvecteurdereseau-12[110], 2LASTRUCTUREDESALLIAGESORDONNES ouunefractiond'unvecteurdereseau-16[112].danslederniercas,cesglissements dedislocationspartiellesapparaissentsurdesplansatomiquesf111gsuccessifspour formerunezoneoulastructurecristallographiqueachange,lesmicromacles.ce or([15],[16]). Danslefer-palladiumsurpalladium,Gehanno[17]aobserveparmicroscopieelectronique modederelaxationaeteetudieenparticulierpourlacroissancedel'or-nickelsur atransmissioncederniertypederelaxation.commelesdislocationsquiproduisent lesmicromaclesontunvecteurdeburgersquin'estpasparalleleauplancristallographique(001),cesdislocationslaissentundecrochementalasurfacedel'echantillon, siellesapparaissentensurface. L'epaisseurcritiquedelarelaxationdependfortementduprocessusdenucleation desaccordparametriquequi,lui,dependdelaconcentrationetdelamiseenordre desdislocations,etdoncdelatemperaturededep^ot.elleestegalementfonctiondu del'alliagedepose. Legoniometreutiliseestungoniometreadeuxaxes.L'angled'incidenceestnomme 2.3.3LatechniquedesrayonsX dufaisceauutileestselectionneeparunmonochromateurengraphiteetunsysteme!,l'angleentrelefaisceauincidentetlefaisceaudetecteestnomme2.lefaisceau derayonsxestproduitparbombardementelectroniqued'uneanodeencu,l'energie defentes.lefaisceaudiracteparl'echantillonpassepardesfentesd'analyseetson intensiteestmesureeparledetecteur. Dansl'ensembledecerapport,nousavonseectuetroistypesdemesures: {Lescourbes\theta/deuxtheta",c'estadiredesbalayagesa!=,nous parametred lehorsduplan,c.pourameliorerlaresolutiondesmesures destineesadeterminerlapositionexactedesraiesperpendiculairesalasurface, permettentdesonderladirectionc?del'espacereciproqueetdedeterminerle {Lescartesd'intensitedansl'espacereciproquedesraiesobliquesnouspermettentdeconna^treleparametred ledansleplan,a.Nouseectuonspour celauneseriedebalayages!pourplusieursangles2.laloidebraggnous nousavonsfermelesfentesautantquepossiblesansperdretropd'intensite. {L'integrationdel'intensitetotaledesraiesnouspermetdeconna^treleparametre danslesdeuxdirections,carnousavonssupposeunestructuretetragonale)a permetdecalculerleparametred leparalleleauplan(quiestlem^eme partirdelaposition(!et)delaraie. faconaprendretoutel'intensitedelaraie,toutenevitantlefonddiusetles nousapprochonsledetecteurpourlesmesureretnousouvronslesfentesde d'ordre,s.commelesraiesdenoscouchespresententunecertainelargeur, raiesvoisines.unscande!variableet2xe(\rockingcurve")nouspermet ensuited'integrerlesraies.pourpouvoircomparerl'intensitedesraies(001) a(004),etpourlecalculdes,nousavonsbesoindetenircomptedufacteur

19 2.3CaracterisationstructuraleparrayonsX 19 monochromateur détecteur source fente de divergence fente d analyse ω Fig.2.5:Schemadugoniometreutilise. échantillon 2θ delorentz-polarisationetdel'eetdecouchemince.lesvaleursdesfacteurs dediusionatomiqueonteteextraitesdestablesinternationales.laprecision obtenuesurleparametred'ordreestdel'ordrede0;1.lasensibilitelimite cettemesureadesvaleursdessuperieuresa0;2?0;3(suivantlalargeurdes tellementfaiblesqu'ellesnecessitentdestempsdecomptageeleves. raies),carpourdesdegresd'ordreplusfaibles,lesraiesdesurstructuressont

20 Lesresultatsexperimentaux 2LASTRUCTUREDESALLIAGESORDONNES couche.icinouspresentonsunecourbetypiqueobtenuesurcetechantillon. Nousavonsmesurelescourbes\theta/deuxtheta"enfonctiondel'epaisseurdela Lescourbes\theta/deuxtheta" Nouspouvonsdistinguerlesraies(002)dusubstratdeMgOetdelacouchetampon egalementdistinguerlesraies(002)dupdetdufepd.ceciestd^uaufaitque depalladium.ceciestpossible,carlesparametresd ledesdeuxmateriauxsont LaraieduMgOestnedufaitdesagrandequalitecristalline.Nouspouvons dierentsetcarlepalladiumestrelaxeetadoptesonparametred lenaturel. l'alliageordonnefer-palladiumesttetragonalavecc<a,etdeplusetiresurle quecpd.l'intensiteeleveedelaraiedesurstructure(001)dufer-palladiumestliee substratdoncaplatiselonl'axec.commeilconservelevolumetotaldesamaille, al'ordrechimiqueelevedanscettecouchemince. ildiminuesonparametred lehorsduplanc:cfepdestnettementpluspetit FePd(001)MgO(002)Pd(002) FePd(002) Hu.log.a.L Fig.2.6:Courbetheta/deuxthetatypiquedel'echantillonc350=Pd.Enordonnee Cespectrenouspermetdecalculerleparametred leperpendiculairedel'alliage palladiumestforteacausedelamiseenordredanslastructurel10. nousrepresentonslelogarithmeneperiendel'intensite.laraie(001)dufer- fer-palladium.leparametred ledufer-palladiumn'evoluequetreslegerement enfonctiondel'epaisseurdelacouche.pourlesfaiblesepaisseurs(h<40nm),ilest de0;365nmpouraugmenterjusqu'a0;367nm,savaleurau-dessusdeh=75nm. cependantpossiblequ'elletraduiselarelaxationdecontraintes. Cettevariationestalalimitedelaresolutioninstrumentalequenousestimonsde Nousavonsegalementmesureleparametred ledupalladiumpourverierqu'il legerevariationdelaconcentrationenfonctiondel'epaisseurdelacouche.ilest 0;001nmpourcettelargeurderaie.Lavariationobserveepourrait^etredueaune leparametred ledupalladiumindiquedanslalitterature. Leparametred'ordre abienrelaxe.pourtouteslesmesuresfaitessurcetechantillon,nousavonstrouve q