Collaborations Aix-Marseille Univ.

• O. M. Texier & O. Thomas (IM2NP, Marseille)
• C. Martin (PIIM, Marseille)

Collaborations nationales

• O. Pierre-Louis (ILM, Lyon)
• E. Bernard (CEA/IRFM, Saint Paul-lez-Durance)
• S. Cherifi-Hertel (IPCMS, Strasbourg)
• Y. Fagot-Revurat, B. Kierren & D. Malterre (Institut Jean Lamour, Nancy)
• A. Michon, M. Al Khalfioui  & M. Portail (CRHEA, Valbonne)
• J.-P. Attané & L. Vila (CEA/SPINTEC, Grenoble)
• J. Coraux (Institut Néel, Grenoble)
• L. Martinelli & G. Renaud (ESRF, beamline BM32, Grenoble)

Collaborations internationales

• B. Ranguelov & M. Michailov (IPC, BAS, Bulgary)
• Y. Saito (Keio Univ., Japan)
• C. V. Thompson (MIT, Cambridge, USA)

• Method for making semi-conductor nanocrystals (Nov. 8, 2012)

Ł. Borowik, J.-C. Barbé, E. Bussmann, F. Cheynis, F. Leroy, D. Mariolle and P. Müller. Publication Number: US2012282758.

• Method for making semi-conductor nanocrystals oriented along a predefined direction (Nov. 8, 2012)

Ł. Borowik, J.-C. Barbé, E. Bussmann, F. Cheynis, F. Leroy, D. Mariolle and P. Müller. Publication Number: US2012282759.

Ensemble UHV  au CINaM

Nous utilisons au quotidien un ensemble expérimental UHV dédié à la physique des surfaces incluant un microscope LEEM/PEEM ^[1,2], un microscope STM/AFM ^[3,4] et une chambre de préparation de surfaces. Une vue d'ensemble des équipements est visible ci-dessous. La technique de microscopie LEEM nous permet de visualiser et de filmer des surfaces cristallines (temps d'acquisition typique 0.1-1s) dans un environnement UHV (qqs 10^-10 Torr soit env. 10^-13 bar) ou en présence d'une pression partielle (qqs 10^-7 Torr : H₂, N_2, O₂, ...) à hautes températures (≈1300K) ou en dessous de la température ambiante (≈150K).

Cette technique est donc particulièrement adaptée pour les caractérisations in-situ et temps réel de surfaces et de films minces cristallins à l'échelle mésoscopique (champ de vue : qqs 1µm à qqs 10µm avec une résolution latérale typique de 5nm et une résolution verticale atomique).
En mode diffraction, cet équipement permet l'acquisition de clichés LEED (Low-Energy Electron Diffraction ) et ainsi de déterminer la structure atomique de la surface imagée. Comme en microscopie électronique en transmission (MET), la microscopie LEEM permet l'imagerie en champ clair et en champ sombre de la surface à caractériser. Il est ainsi possible de distinguer à l'échelle de la surface des régions présentant différents arrangements atomiques.

Une description complète de l'ensemble instrumental peut être trouvée dans le référence suivante : Rev. Sci. Instr. 85 (2014) 043705

Des exemples d'images LEEM obtenues avec notre microscope sont disponibles ci-dessous.
Gauche : Surface de Si(001) à 1000°C en champ sombre. Le contraste blanc-noir résulte de la différence de structure cristallographique entre les terrasses atomiques adjacentes dans le cas du Si(001) (champ de vue : 15µm). Un film illustrant la sublimation de la surface de silicium à hautes températures est également disponible ici.
Droite : Surface de Mo(110) à 1070°C en champ clair. Le contraste permettant de visualiser les marches atomiques (lignes noires) est dû à la différence de phase entre les ondes électroniques diffusées par deux terrasses séparant une marche. Le cercle noir indique une dislocation vis émergeant à la surface du cristal et la flèche noire indique une marche atomique circulaire au sommet d'une pyramide à base circulaire (champ de vue : 7.5µm).

Nanofabrication et plateforme PLANETE (CINaM)

La recherche en nanosciences repose fréquemment sur l'utilisation d'échantillons structurés artificiellement à l'échelle nanométrique. Pour cela, nous sommes des utilisateurs réguliers de la plateforme de nanofabrication PLANETE du CINaM. Plus précisément, nos projets scientifiques requièrent l'utilisation de procédés technologiques en salle blanche tels que :

• Nettoyage chimique
• Lithographie optique et/ou électronique
• Gravures plasma

Techniques de caractérisation et rayonnement synchrotron

Pour une compréhension détaillée des relations entre structure atomique, dynamique de surface et propriétés électroniques, des caractérisations complémentaires à celles disponibles dans notre ensemble expérimental sont généralement nécessaires. Les techniques de caractérisation de surface reposant sur le rayonnement synchrotron offre la possibilité de combiner des approches basées sur l'espace réel et sur l'espace réciproque. Voici une liste réduite (et non-exhaustive !) des techniques auxquelles nous avons régulièrement recours :

• Diffraction des rayons X en incidence rasante (GIXD) & Diffusion de rayons X aux petits angles en incidence rasante (GISAXS) @BM32 (ESRF)
• Spectroscopie électronique de photoémission résolue en angle (ARPES) @CASSIOPEE (SOLEIL)
• Spectromicroscopie XPEEM @HERMES (SOLEIL), @Nanospectroscopy (ELETTRA)

Electromigration of Au on Ge(111)

2D Au islands (dark grey) detach from step edges and migrate in the direction opposite to the current. Temperature: 500°C. Field of view: 6.5x4.5µm². Time: 4min. (unpublished results).

Electromigration on Si(111)

Electromigration of two single-atom deep holes (dark grey) on a Si(111)-7x7 terrace (light grey). They migrate in the direction opposite to the electric current (that is reversed twice). The holes are in a metastable Si(111)-(1x1) surface reconstruction. Field of view: 28x12µm². Temperature ≤830°C. Time: 35min (unpublished results).

Electromigration on Si(100)

Single-atom deep holes (black ellipses) move under the effect of an electric current. The current direction is from left to right. The sample temperature is at 1170K, the window width is 18µm and the real-time experiment duration is 9 minutes. Appl. Surf. Sci., 469, 463 (2019).

2D elec. gas induced by a Ag deposition

At ε=24 eV, the image shows the Ag adatom concentration variations. At ε=1.8 eV, the LEEM image illustrates qualitatively the surface work function time evolution (i.e. the 2DEG doping). Sci. Rep. 7 (2017) 10642.

Dewetting of a Si(100) film on a SiO₂ substrate

The black-white regions at the top of the imaged area are Si(100) terraces with 2x1 or 1x2 surface reconstruction. The dewetting front advances and when O₂ is introduced in the chamber it stops. The Si terraces alternatively blink between white and black during O₂ exposure because Si is consumed according to the reaction Si+1/2O₂=SiO_(gas). The sample temperature is 1100K.

Au-Si droplets moving on Si(111)

The droplets climb up and locally dissolve the Si steps (field-of-view: 10µm).

Surface phase transformation on Si(111)

White and dark regions are 7x7 and 1x1 surface phases respectively. Below 830ºC the 7x7 phase is stable with a small amount of residual, metastable 1x1. Upon heating the sample above 830ºC, the 7x7 phase reduces and disappears while the 1x1 domains widen. Decreasing the temperature below 830ºC, the 7x7 domains nucleate and grow. The process is reversible. The window width is 7µm.