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La perturbation du train de marches
(x, t) peut se décomposer sur une base de Fourier :
(x, t) =   (t) eim + iqx d dq ,
|
(B.8) |
où
(t) est par définition la transformée de Fourier de
(x, t) par rapport aux variables x et m.
La variable m étant discrète, la variable associée
dans l'espace de Fourier peut être considérée comme une phase
[0, 2
].
La réponse temporelle du train de marches est caractérisée par la pulsation
, variable conjuguée au temps t dans une transformation de Laplace ; on a alors :
(x, t) =    e t + im + iqx d dq d ,
|
(B.9) |
où
est la transformée de Laplace de
(t) par rapport au temps.
L'intérêt d'une transformation de Laplace en temps est de pouvoir rendre compte de l'atténuation ou de l'amplification de la perturbation au cours du temps.
Les différents modes ne se couplant pas dans une analyse linéaire, on étudiera la réponse
du système à un mode de Fourier (
, q), soit :
(x, t) = ewt + im + iqx .
|
(B.10) |
Les équations constitutives du modèle sont alors résolues ordre par ordre en
. L'ordre
nous redonne la solution stationnaire et l'ordre
permet de déterminer
, c'est-à-dire, la réponse linéaire du train de marches à la perturbation.
L'équation de diffusion sur les terrasses nous donne :
D cm + F = 0 ;
|
(B.11) |
soit
D + D - D q2 cm1 + F = 0 ,
|
(B.12) |
car

/
x = iq
.
Le champ de concentration perturbé cm1 obéit donc à l'équation suivante :
- q cm1 = 0 ;
|
(B.13) |
dont la solution générale peut s'écrire :
cm1(z) = Am1 eq(z - m ) + Bm1 e-q(z - m ) .
|
(B.14) |
Les équations aux limites (cf éq. [
] et [
]) vont nous permettre de déterminer les constantes d'intégration Am1 et Bm1.
L'équation cinétique [
] nous donne la première condition limite au niveau de la marche m :
  cm -     cm (zm) |
= |
  cm(zm) - ceqm . |
|
Par soucis de commodité, nous avons noté
cm/
z par
cm.
En faisant usage de ce que :
cm(zm) |
= |
cm0(zm) + cm1(zm) |
|
|
= |
cm0(m ) + (m ) + cm1(m ) + O( ) . |
(B.15) |
et en explicitant la concentration d'équilibre ceqm qui prend en compte l'énergie de courbure de la marche :
où
est la courbure de la marche m :
 |
= |
- , |
(B.17) |
d'où :
ceqm = ceq0 1 + q2  + O( ) , |
|
|
(B.18) |
la contribution d'ordre
de l'équation [
]
conduit alors à :
cm0(m ) + cm1(m ) =    cm0(m ) + cm1(m ) - q2 ceq0 . |
|
|
(B.19) |
Ceci nous donne finalement :
q -  Am1 - q +  Bm1 = , |
|
|
(B.20) |
où nous avons posé :
L'équation cinétique [
] nous donne la deuxième condition limite :
  cm -     cm (zm + 1) |
= |
-   cm(zm + 1) - ceqm + 1 . |
|
|
|
|
(B.22) |
De même que précédemment, la concentration en bord de marche est développée au premier ordre en
:
cm(zm + 1) |
= |
cm0(zm + 1) + cm1(zm + 1) |
|
|
= |
cm0((m + 1) ) + ((m + 1) ) + cm1((m + 1) ) + O( ) . |
|
|
|
|
(B.23) |
La concentration d'équilibre en bord de marche s'écrit quant à elle :
ceqm + 1 = ceq0 1 + q2  + O( ) . |
|
|
(B.24) |
Il reste à prendre en compte que
= ei
.
La contribution d'ordre
de l'équation [
]
conduit alors à :
ei cm0((m + 1) ) + cm1((m + 1) ) |
= |
|
|
|
|
-   ei cm0((m + 1) ) + cm1((m + 1) ) - q2 ei ceq0 , |
|
|
|
|
(B.25) |
ce qui nous donne finalement :
q +  eq Am1 - q -  e-q Bm1 = ei , |
|
|
(B.26) |
où nous avons posé :
Les équations [
] et [
] nous permettent de déterminer les constantes Am1 et Bm1 :
Am1 = A1 |
= |
  q +  ei - q -  e-q  , |
(B.28) |
Bm1 = B1 |
= |
  q -  ei - q +  eq  , |
(B.29) |
où
= 2 sh(q ) q2 +  + 2  +  ch(q ) . |
|
|
(B.30) |
Finalement, la pulsation
est déterminée par l'équation [
] de conservation de la masse aux marches. À l'ordre
, celle-ci conduit à :
 |
= |
D   cm0(m ) + cm1(m ) - cm - 10(m ) - e-i cm - 11(m ) - a DL q4 , |
|
|
|
|
(B.31) |
soit :
 |
= |
D  q A1 - q B1 - ei q eq A1 - q e-q B1 - a DL q4 . |
|
|
|
|
(B.32) |
et, en utilisant les expressions de A1 et B1 :
 |
= |
2 D q2 ( - )sh(q ) + 2 q ( -  ) ch(q ) - cos( ) - a DL q4 |
|
|
+ |
2 i sin( ) q ( +  ) . |
(B.33) |
Après quelques manipulations algébriques nous obtenons :
e( ) |
= |
- q2  q2( )sh(q ) + 2 q( )(ch(q ) - cos( )) + a DL q2![$\displaystyle \left.\vphantom{ \frac{2 \, D_S}{\Delta^1} \left( q^2 (\frac{\nu_...
...+\nu_-}{D^2}) ({\rm ch}(q\ell) - \cos(\phi)) \right) + a \, D_L \, q^2 }\right]$](img1250.gif) |
|
|
|
+ F       ( + ) q sh(q ) + (cos( ) - ch(q )) + q sh(q ) , |
|
|
|
|
(B.34) |
m( ) |
= |
i F sin( ) , |
(B.35) |
où nous avons utilisé la constante de diffusion macroscopique
DS =
ceq0 D.
En faisant usage des distances Schwoebel d+ et d- définies par , nous retrouvons les expressions présentées aux chapitre
:
e( ) |
= |
- q2 DS  2 ch(q ) - cos( ) + q(d+ + d-) sh(q ) + a DLq2![$\displaystyle \left.\vphantom{ D_S \, \frac{q}{{\cal D}} \left( 2 \left({\rm ch...
...(\phi) \right) + q(d_++d_-) \; {\rm sh}(q \ell) \right) + a \, D_L q^2 }\right]$](img187.gif) |
|
|
|
+ F    (d- + d+) q sh(q ) - ch(q ) + cos( ) + q sh(q ) , |
|
|
|
|
(B.36) |
m( ) |
= |
F sin( ) ( + d+ + d-), |
(B.37) |
où
est donné par :
= (d+ + d-) q ch(q ) + (d+d- q2 + 1) sh(q ) .
|
(B.38) |
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fred
2001-07-02