L'objectif de ce travail a été d'étudier, à l'échelle atomique et depuis les tous premiers stades, la croissance de l'oxyde de praséodyme sur des substrats de silicium orientés (111) et (001). L'étude se focalise sur la caractérisation des propriétés structurales, chimiques, et électroniques de Pr2O3 déposé sur Si(111) et Si(001), avec un accent plus particulier sur cette dernière surface, importante sur le plan technologique. Cet oxyde de terre-rare a été considéré ces dernières années comme un bon candidat "high-k'' pour se substituer à SiO2 comme oxyde de grille dans les transistors CMOS, afin de "miniaturiser'' davantage les composants électroniques. Dans ce contexte, les propriétés des surfaces et des interfaces commencent à dominer sur les performances des dispositifs à base de silicium, puisque le rapport surface/volume augmente. Comme les basses dimensions de ces structures les rendent difficilement étudiables, la brillance de la radiation synchrotron a été employée pour des analyses de diffraction des rayons X et de spectroscopie de photoélectrons. Les résultats ont été complétés par d'autres techniques de science des surfaces, telles que la microscopie à effet tunnel, la spectroscopie Auger et la diffraction d'électrons à basse énergie. Une couche epitaxiale de Pr2O3 hexagonal a été trouvée sur Si(111). Sur la surface (001), une couche ordonnée de Pr2O3 cubique est recouverte par un silicate. Puisque les surfaces atomiquement propres sont le point de départ de la croissance, elles ont également été caractérisées. En particulier, la structure atomique de la surface reconstruite Si(001)-2x1 a été analysée.

Le sujet de thèse concerne l'étude de réseaux réguliers de nanofils magnétiques auto-organisés. Deux approches ont été utilisées pour la fabrication : 1) Préparation de réseaux planaires de nanofils alternés (Fe,Ag) sur Mo(110). Ce mode de croissance est attribué au caractère non miscible des deux métaux et à un mécanisme modulé de relaxation des contraintes d'épitaxie. 2) Préparation de nanofils de Fer sur une surface déjà structurée en tranchées périodiques. Ces tranchées se forment spontanément lors de la croissance homoépitaxiale d'un métal cc de W(110) (ou Mo) à température modérée. La période de la structuration unidimensionnelle est contrôlable par la température de dépôt. La deuxième étape consiste à déposer le Fer sur ce gabarit. Pour une température définie, Fe croît au fond des tranchées pour former des fils régulièrement espacés. Des réseaux de fils en trois dimensions ont aussi été fabriqués. Du point de vue magnétique, les deux systèmes présentent une forte anisotropie uniaxiale avec l'axe de facile aimantation planaire, le long des fils. A température ambiante les systèmes sont superparamagnétiques. L'évolution de la coercitivité en fonction de la température s'interprète selon un processus de renversement d'aimantation thermiquement activé par nucléation/propagation. Le renversement met en jeu plusieurs fils couplés pour le premier système et s'effectue au sein des fils individuels dans le deuxième.

Development of a PCI card for PCI bus based host systems, which allows for analysis of ATM data streams on ATM transmission links with a data rate of 622Mbit/s. Implementation and previous deliberations and therefrom and from given specifications arisen partial tasks Fields of application of the ATM-Analyzer board Depiction of particular development steps Functional description of the ATM-Analyzer Explanations on how to put the PCB and the employed test software into operation Assessment of test results / Entwicklung einer Einsteckkarte für PCI-Bus-basierte Hostsysteme zur Analyse von Datenströmen auf ATM-Übertragungsstrecken mit einer Geschwindigkeit von 622 Mbit/s. Realisierung und damit verbundene Vorüberlegungen und daraus und aus gegebenen Spezifikationen erwachsene Teilaufgaben Anwendungsgebiete der Analyzer-Karte Darstellung der einzelnen Entwicklungsschritte Funktionsbeschreibung des ATM-Analyzers Erläuterungen zur Inbetriebnahme der Leiterkarte und der verwendeten Testsoftware Bewertung der Testergebnisse

Aus der riesigen Vielfalt organischer Materialien sind gerade die Phthalocyanine dafür bekannt geworden, auf verschiedenen kristallinen Substraten geordnete Strukturen auszubilden. Außerdem dienen diese Moleküle als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen zur Einstellung elektronischer und struktureller Eigenschaften durch gezielten Einbau eines Metallatoms in den zentralen Hohlraum. Die Strukturen der Adsorptionsschichten von verschiedenen Metallphthalocyaninen, funktionalisierten Phthalocyaninen und Naphthalocyaninen auf der Basaldebene des Graphits werden verglichen, um die Adsorptionsstruktur der einzelnen Moleküle innerhalb der Adsorptionsschicht zu verstehen. Das erlaubt uns die Untersuchung der Molekül-Molekül- und Molekül-Substrat-Wechselwirkungen in Abhängigkeit von Molekularadsorption des zentralen Metallatoms, der Geometrie, einzelner funktionellen Gruppen oder ähnlichem am Molekül. Der Vergleich der Adsorptionsstrukturen von Phthalocyaninen wie PdPc und PtPc, welche d8-Metalle enthalten, dient dem Verständnis für den Effekt des Metallatoms, speziell bei großen Ordnungszahlen. Während beide Moleküle ähnliche Arten von Adsorptionsstrukturen ausbilden weist die PtPc-Adsorptionsschicht eine außergewöhnlich hohe thermische Stabilität auf. Das wurde auf die stark Molekül-Molekül-Wechselwirkung zurückgeführt, die durch die Metallatome in der Adsorptionsschicht vermittelt wird. Der Effekt langer molekularer ‚Flügel’ wird durch den Vergleich der Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine mit denen von ebenen Metallphthalocyaninen demonstriert. Naphthalocyanine bilden viel lockerer gepackte Adsorptionsschichten als Phthalocyanine, was von der stärkeren sterischen Abstoßung zwischen den Wasserstoffatomen in benachbarten molekularen ‚Flügeln’ herrührt. Cyano-funktionalisierte metallfreie Phthalocyanine zeigen als Adsorptionsschicht eine poröse Netzwerkstruktur. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Sondenspitze hervorgerufene Störungen dieser Struktur durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Molekülen in der Adsorptionsschicht bald weider ausheilen. Schließlich ist durch den Vergleich von Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine und nichtebener Zinn-Naphthalocyanine auch der Geometrieeffekt untersucht worden. Abweichend von allen anderen untersuchten ebenen Molekülen haben Zinn-Naphthalocyanine eine Adsorptionstruktur, die der des Graphits ähnlich ist (hexagonal). Deshalb überwiegt in diesem Fall die Wechselwirkung zwischen Molekül und Substrat, und die Adsorptionsstruktur folgt der Geometrie des Graphitsubstates. Darüberhinaus sind mit der Tunnelspektroskopie in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Spitze und der Probe die elektronischen Eigenschaften der Molekül-Substrat-Grenzfläche für Naphthalocyanin und Zinn-Naphthalocyanin untersucht worden.

Over the past twenty-five years, condensed matter physics has been developing materials with novel electronic characteristics for a wide range of future applications. Two research directions have shown particular promise: topological insulators, and high temperature copper based superconductors (cuprates). Topological insulators are a newly discovered class of materials that can be manipulated for spintronic or quantum computing devices. However there is a poor spectroscopic understanding of the current topological insulators and emerging topological insulator candidates. In cuprate superconductors, the challenge lies in raising the superconducting transition temperature to temperatures accessible in non-laboratory settings. This effort has been hampered by a poor understanding of the superconducting mechanism and its relationship with a mysterious pseudogap phase. In this thesis, I will describe experiments conducted on topological insulators and cuprate superconductors using scanning tunneling microscopy and spectroscopy, which provide nanoscale spectroscopic information in these materials. / Physics

Les films ultraminces présentent une grande proportion d'atomes aux interfaces films-substrat et film-environnement. Grâce à cela, ces films possèdent des microstructures et donc des propriétés particulières différentes de celles des matériaux massifs. Nous avons étudié par microscopie à effet tunnel in situ d'une part la microstructure d'alliages binaires B - Ni où B = {Pd, Au, Ag} réalisés par co-dépôt électrochimique, et d'autre part la microstructure de films ultraminces où l'élément B est déposé sur une monocouche de nickel préalablement déposée sur Au(111). De plus, une méthode à été mise au point pour permettre de maintenir la surface de Au(111) non reconstruite pendant le les différents dépôts permettant de minimiser la formation d'alliage avec le substrat. Après avoir revisité le dépôt de Ni sur l'or non reconstruit, la microstructure des alliages co-déposés a été étudiée en fonction de leur composition et de la vitesse de dépôt. De plus, le choix des éléments B nous permet d'étudier l'influence de l'enthalpie de mélange du nickel avec Pd, Au et Ag sur la microstructure. Nous avons ainsi montré qu'il y a séparation de phase dans tous les cas mais à une échelle propre à chaque système. Le dépôt de B sur Ni a permis de mettre en évidence des processus de substitution entre B = {Pd, Au} et le nickel. Ces processus s'accompagnent d'une dissolution partielle du nickel extrudé de la couche. Les alliages formés sont composés d'un mélange de phase riches en nickel et riches en Pd ou Au. La morphologie de ces alliages est cependant très différente des alliages co-déposés.

Understanding the behaviour of molecules on a semiconductor surface is necessary if molecular self-assembly is going to be employed, with existing semiconductor technology, to create useful devices. Si(111)-7x7 is an invaluable surface upon which to study molecular adsorption. The surface reconstruction has been well characterized and it possesses seven symmetrically distinct dangling bonds that can serve as reaction sites. Aromatic molecules on Si(111)-7x7 have been investigated with a variety of techniques and have been shown to chemisorb at room temperature. However, it is not trivial to predict how an ensemble of aromatic molecules might distribute themselves amongst the available bonding sites on this surface. The work presented in this thesis begins with a joint STM and ab initio investigation of thiophene on 7x7 that demonstrates kinetics are necessary to describe the chemisorption sites occupied at various coverages. A kinetic Monte Carlo model, taking into account a mobile physisorbed state, is shown to accurately describe this site occupancy at room temperature. This model disregards molecule-molecule interaction because thiophene does not sterically hinder chemisorption to a neighbouring dangling bond. A larger molecule, mesitylene, was then studied on Si(111)-7x7, and shown to form an ordered molecular lattice on the Si(111)-7x7 surface. This is the first demonstration of a porous molecular lattice grown on Si(111)-7x7 at room temperature. Finally, molecular chemisorption on the related 5x5 reconstruction, grown by depositing Ge on 7x7, is studied. It is found that the presence of Ge hinders molecular chemisorption, preventing formation of the mesitylene lattice. / Thesis (Ph.D, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2009-09-11 10:14:10.118

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Ce travail porte sur la caractérisation de couches minces de MnAs épitaxiées sur GaAs(001) et sur leur utilisation comme gabarit pour la croissance et la manipulation magnétique de fines couches de fer. Les résultats montrent qu'il est possible de renverser l'aimantation de la couche de fer, sans appliquer de champ magnétique, mais en faisant varier la température du système dans une gamme couvrant la transition de phase ferromagnétique/paramagnétique (FM/PM) du gabarit. Cette transition FM/PM se caractérise par la coexistence, entre environ 10 C et 45 C, de deux phases auto-organisées en bandes périodiques FM et PM. Le renversement de l'aimantation du fer est possible grâce au champ magnétique de fuite généré par les domaines magnétiques allongés de MnAs. Le travail présenté comporte l'étude de la morphologie de la surface de MnAs/GaAs(001), la mise en évidence de l'épitaxie du fer sur MnAs et l'analyse de l'interface. L'estimation du champ magnétique de fuite généré par les domaines de MnAs est discutée, ainsi que les résultats expérimentaux concernant l'anisotropie magnétique des couches minces et le renversement de l'aimantation du fer. L'accordabilité et la polarisation du rayonnement synchrotron ont permis l'étude des propriétés magnétiques du système, avec une sélectivité chimique. Le renversement de l'aimantation du fer a été observé par microscopie de photoémission d'électrons par rayons X et par diffusion magnétique résonante des rayons X. Nous avons ainsi mis en évidence, d'une part, le renversement de l'aimantation totale du fer par traitement thermique et, d'autre part, le renversement local (à l'échelle sub-micrométrique) des domaines magnétiques du fer, à la température ambiante. Ce résultat est très prometteur car, autour de la température ambiante, les couches de fer et de MnAs montrent des configurations magnétiques (parallèles ou antiparallèles) stables et l'aimantation de la couche mince de fer peut être renversée par la réalisation d'un cycle thermique de quelques degrés d'amplitude, sans appliquer de champ magnétique.

Nous avons développé un microscope versatile combinant microscopie de force (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM) à très basse température. Ce microscope permet d'étudier la densité locale d'états électroniques (LDOS) sur des nanocircuits supraconducteurs polarisables en courant.<br />La sonde du microscope est basée sur un diapason en quartz qui permet une détection entièrement électrique des interactions pointe-surface en mode AFM et qui hors résonance propose la rigidité nécessaire à la stabilité de la jonction tunnel en mode STM. Le diapason est bien adapté à un environnement cryogénique, dissipant une énergie inférieure à 1 nW. Notre microscope atteint en mode AFM la résolution atomique selon l'axe vertical et autorise en mode STM des jonctions tunnels de consigne Rtunnel < 10 MOhms<br />Nous avons développé un procédé de nanofabrication pour mettre au point des fils supraconducteurs de niobium (Nb) ayant pour section 10 x 300 nm2. Ce procédé permet d'obtenir une surface de Nb avec une rugosité subnanométrique.<br />Nous décrivons également la fabrication des pointes que nous collons sur les diapasons pour en faire des sondes.<br />Les LDOS mesurées à T=100 mK sur les fils de Nb sont comparées à la théorie BCS prenant en compte une énergie relative au processus inélastique, appelée paramètre de Dynes. Nos mesures sont en très bon accord avec ce modèle, en prenant en compte une température électronique effective supérieure à la température du cryostat. Enfin nous mesurons la LDOS sur un fil de Nb polarisé en courant qui démontrent la faisabilité des mesures de supraconductivité hors-équilibre par STM.