Instabilité de mise en paquets

Figure: Image par STM d'une surface vicinale de Silicium souffrant d'une instabilité de mise en paquets des marches (E. S. Fu, MRSEC/Univ. of Maryland USA).

L'effet Ehrlich-Schwoebel permet d'expliquer simplement l'instabilité de mise en paquets des marches lorsque la surface vicinale est en évaporation. Considérons un effet ES très fort, pour lequel l'attachement aux marches est instantané depuis les terrasses inférieures et impossible depuis les terrasses supérieures (nous l'appellerons le cas unilatéral). Si de plus la distance caractéristique de diffusion des adatomes est grande devant la taille des terrasses ^1.1 ( x_s $\gg$ $\ell$), la vitesse d'une marche est proportionnelle à la taille de la terrasse qui est devant elle.

Considérons le cas de la croissance et imaginons qu'une perturbation ait amené la marche d'indice m à se déplacer par rapport à ses voisines. La terrasse devant la marche m - 1 a augmenté de taille alors que la terrasse devant la marche m se trouve être plus petite (voir figure [-a)], on a alors $\ell_{m-1}^{}$ > $\ell_{m+1}^{}$ > $\ell_{m}^{}$). La vitesse de la marche m diminue et celle de la marche m - 1 augmente. Le train de marche est donc stable.

Dans le cas de l'évaporation (fig. [-b)], la perturbation est amplifiée : les marches se regroupent.

Figure: Réponse du train de marches à une perturbation de la position des marches. En croissance, la surface est stable vis-à-vis de la mise en paquets des marches alors qu'elle est instable en évaporation.

a) Croissance.	b) Évaporation.

À cet effet déstabilisant, s'oppose une répulsion entre marches : les marches étant des défauts localisés à la surface, il existe une répulsion d'origine élastique entre elles. La compétition entre les effets déstabilisants et stabilisants conduit à une structuration du profil vicinal de la surface.

Au chapitre [], nous étudierons l'instabilité de mise en paquets des marches se produisant lorsque la surface est soumise à un courant électrique continu.

Il est intéressant de noter que l'asymétrie d'attachement a un effet opposé dans les deux instabilités présentées plus haut : en croissance, l'effet ES stabilise le train de marche vis-à-vis de la mise en paquets des marches, mais participe à l'apparition de l'instabilité de méandre du profil de ces dernières. En évaporation, son effet est inversé.