Instabilités morphologiques

La morphologie idéale d'une surface vicinale est celle d'un train régulier de marches droites séparées par des terrasses de longueur $\ell$, directement reliée à l'angle de désorientation $\theta$ entre la surface vicinale et les plans atomiques des terrasses par $\ell$ = a/tan($\theta$) (où a est la hauteur des terrasses) (voir figure []). De nombreux phénomènes peuvent modifier profondément cette morphologie. Tout d'abord, comme tout système thermodynamique, la surface vicinale est le siège de fluctuations statistiques. Les marches, objets unidimensionnels sont les premières à en souffrir ; par exemple, à l'équilibre la rugosité statistique d'une marche isolée de longueur L se comporte comme L^1/2 [#!Nozieres91!#] [#!Villain95!#]. Hors de l'équilibre, des bruits d'origine stochastique résultant de ces fluctuations « entachent » les flux thermodynamiques et conduisent à une rugosité de la surface.

Une surface vicinale portée hors de l'équilibre est de plus le siège d'instabilités d'origine déterministe. D'une part, le profil des marches peut se déformer et conduire à un méandre des marches (fig. [-a)] et []). D'autre part, les marches peuvent se regrouper en paquets, formant ainsi des macromarches séparées par de larges terrasses (fig. [-b)] et []).

Figure: Instabilités morphologiques des surfaces vicinales.

a) Instabilité de méandre.	b) Instabilité de mise en paquets.

La nucléation d'îlots sur les terrasses peut aussi modifier profondément la morphologie de la surface. Cette nucléation peut être d'origine stochastique lorsque les adatomes de la surface rentrent en collision. Il se forme alors un amas d'adatomes qui croît par capture d'autres adatomes, conduisant à la formation d'îlots. Ce processus de nucléation est encore actuellement sujet à de nombreuses controverses [#!Villain95!#]. Des expériences réalisées par Métois et al. montrent que les îlots peuvent aussi naître d'une instabilité de méandre lorsque la surface est en évaporation. Le méandre fortement développé forme des boucles qui se détachent sur les terrasses et donnent naissance à des îlots.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressé uniquement à la dynamique des surfaces vicinales souffrant d'instabilités morphologiques. Les fluctuations statistiques sont donc omises.

Présentons maintenant rapidement les mécanismes conduisant à ces instabilités.