Les architectures multicœurs changent notre façon d'écrire des programmes. L'écriture de programmes concurrents est bien connue pour être difficile. Traditionnellement, l'utilisation de verrous (locks) permettant au code de s'exécuter en exclusion mutuelle, a été l'abstraction la plus largement utilisée pour l'écriture des programmes concurrents. Malheureusement, il est difficile d'écrire des programmes concurrents efficaces et corrects reposant sur des verrous. En outre, les verrous présentent d'autres problèmes, notamment celui du passage à l'échelle. Le concept de mémoire transactionnelle a été proposé comme une solution à ces difficultés. Les transactions peuvent être considérées comme une abstraction de haut niveau, ou une méthodologie pour l'écriture de programmes concurrents, ce qui permet au programmeur de pouvoir déclarer des sections de code devant être exécutés de façon atomique, sans avoir à se soucier des détails de synchronisation. Malheureusement, bien qu'assurément plus facile à utiliser que les verrous, la mémoire transactionnelle souffre encore de problèmes de performance et de facilité d'utilisation. En fait, de nombreux concepts relatifs à l'utilisation et à la sémantique des transactions n'ont pas encore des normes convenues. Cette thèse propose de nouvelles solutions permettant de faciliter l'utilisation des mémoires transactionellles. La thèse débute par un chapitre qui donne un bref aperçu de la mémoire transactionnelle logicielle (STM) ainsi qu'une discussion sur le problème de la facilité d'utilisation. Les contributions à la recherche sont ensuite divisées en quatre chapitres principaux, chacun proposant une approche différente afin de rendre les STMs plus facile à utiliser. / Multicore architectures are changing the way we write programs. Writing concurrent programs is well known to be difficult task. Traditionally, the use of locks allowing code to execute in mutual exclusion has been the most widely used abstraction to write concurrent programs. Unfortunately, using locks it is difficult to write correct concurrent programs that perform efficiently. Additionally, locks present other problems such as scalability issues. Transactional memory has been proposed as a possible promising solution to these difficulties of writing concurrent programs. Transactions can be viewed as a high level abstraction or methodology for writing concurrent programs, allowing the programmer to be able to declare what sections of his code should be executed atomically, without having to worry about synchronization details. Unfortunately, although arguably easier to use then locks, transactional memory still suffers from performance and ease of use problems. In fact many concepts surrounding the usage and semantics of transactions have no widely agreed upon standards. This thesis specifically focuses on these ease of use problems by discussing how previous research has dealt with them and proposing new solutions putting ease of use first. The thesis starts with a chapter giving a brief overview of software transactional memory (STM) as well as a discussion of the problem of ease of use that is focused on in the later chapters. The research contributions are then divided into four main chapters, each looking at different approaches working towards making transactional memory easier to use.

O objetivo deste trabalho foi a construção de um microscópio de tunelarnento (STM) e sua aplicação a alguns tipos de materiais. Todas suas partes constituintes - cabeça de medida, sistema de isolamento contra vibrações, circuito eletrônico de retroalirnentação e programa computacional de controle - foram desenvolvidas c montadas em nosso laboratório. O aparelho foi testado e calibrado por medidas de interferência óptica e através de imagens da estrutura cristalina de grafite obtidas com o próprio instrumento. Foi realizado um estudo sobre filmes finos de ouro, otirnizando-se o processo de deposição por sputtering, para sua utilização corno cobertura de amostras isolantes a serem investigadas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) ou de tunelarnento. Um método de preparo de amostras sernicondutoras foi proposto e utilizado no estudo inicial de pontos quânticos de InAs crescidos pela técnica de epitaxia por feixe molecular (MBE). / The aim of this work was the construction of a scanning tunneling microscope (STM) and its application to some interesting physical systems. All its parts- measurement head, antivibration system, electronic feedback circuit and control software were developed and mounted in our laboratory. The instrument was tested and calibrated by optical interferometry and using images of the atomic structure of graphite obtained with the microscope itself. A systematic study of thin sputtered Au films was carried out in order to optimize the sputtering process for its use in the coverage of insulating samples to be investigated by scanning electron microscopy (SEM) and STM. We also proposed a new method to prepare semiconducting surfaces for STM measurements in air, which was used to study InAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy (MBE).

The aim of this thesis is the quantum dynamical study of two examples of scanning tunneling microscope (STM)-controllable, Si(100)(2x1) surface-mounted switches of atomic and molecular scale. The first example considers the switching of single H-atoms between two dangling-bond chemisorption sites on a Si-dimer of the Si(100) surface (Grey et al., 1996). The second system examines the conformational switching of single 1,5-cyclooctadiene molecules chemisorbed on the Si(100) surface (Nacci et al., 2008). The temporal dynamics are provided by the propagation of the density matrix in time via an according set of equations of motion (EQM). The latter are based on the open-system density matrix theory in Lindblad form. First order perturbation theory is used to evaluate those transition rates between vibrational levels of the system part. In order to account for interactions with the surface phonons, two different dissipative models are used, namely the bilinear, harmonic and the Ohmic bath model. IET-induced vibrational transitions in the system are due to the dipole- and the resonance-mechanism. A single surface approach is used to study the influence of dipole scattering and resonance scattering in the below-threshold regime. Further, a second electronic surface was included to study the resonance-induced switching in the above-threshold regime. Static properties of the adsorbate, e.g., potentials and dipole function and potentials, are obtained from quantum chemistry and used within the established quantum dynamical models. / Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit kleinsten schaltbaren Einheiten in Form des Moleküls Cyclooctadien (COD) und dem Wasserstoff-Atom, die chemisch fest mit einer Oberfläche aus kristallinem Silizium verbunden sind. Jeder dieser Schalter kann mittels einer winzigen Spitze, eines so genannten Rastertunnelmikroskops (RTM), von atomarem Durchmesser in zwei unterscheidbare und stabile Schaltpositionen gebracht werden. Dabei besteht das Schalten entweder in einer Änderung der Geometrie des molekularen Schalters oder im Brechen und Neu-knüpfen chemischer Bindungen. Dabei ist es entscheidend, dass durch die geringe Grösse dieser Schalter eine hohe Anzahl dieser Schalter auf einer Oberfläche deponiert werden können. Mit der in den Schaltern speicherbaren Informationen an oder aus, 0 oder 1 ließen sich sehr hohe Speicherkapazitäten erreichen. Vor einer Anwendung dieser Art ist es wichtig zunächst ein grundlegendes Verständnis der Schaltprozesse auf der Oberfläche zu gewinnen. Wenn alle wesentlichen Faktoren berücksichtigt wurden und der Mechanismus des Schaltens verstanden ist, kann das Ergebnis des Experiments mit Hilfe eines theoretischen Modells vorhergesagt werden. Für die Handhabbarkeit muss sich das theoretisches Modell auf wesentliche Einflüsse beschränken und diese so einfach wie möglich beschreiben. So wurde die simultane Bewegung der 12 Atome des COD in die Bewegung eines gemittelten Massenpunktes entlang von einer oder von zwei räumlichen Freiheitsgraden übersetzt. Dabei kann der Massenpunkt im klassischen Bild anschaulich als eine rollende Kugel beschrieben werden, die in einer Seite einer Doppelmulde gefangen ist. Die Kugel kann durch äußere Anregung zum Schwingen gebracht werden und schließlich über eine Barriere in die benachbarte Mulde schalten. Nun muss die Schwingung der Kugel gebremst werden, um ein Zurück-Schwingen der Kugel zu verhindern. Die Anregung erfolgt durch elektrische Ladungen die von der Spitze des RTM zur Oberfläche wandern oder durch eine schwingende, d.h. warme Oberfläche. Das Bremsen wird über die elastische Bindung zu einer kalten Oberfläche vermittelt. Um Quanteneffekte wie das Tunneln der Kugel durch die Barriere zu beschreiben wurde die Kugel durch ein Wellenpaket beschrieben und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit in der Doppelmulde untersucht. Im Fall des Wasserstoffatoms war die experimentelle Prüfung des entworfenen Modells für ein Schalten bei starkem Strom leider nicht möglich. Für das COD Molekül konnte jedoch nicht nur die Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden, sondern im Fall des Schaltens in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur auch die Vorhersagefähigkeit des Modells unter Beweis gestellt werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde das hochgeordnete Wachstum von großen organischen Molekülen auf kristallinen Substraten mit Hilfe der Quaterrylenderivate QT, QTCDI und QTCMI untersucht. Um derartige Schichten herstellen und charakterisieren zu können, wurde eine Organische Molekularstrahlepitaxy (OMBE)-Anlage aufgebaut. Allerdings stellt OMBE bisher nur ein Standardverfahren für die Präparation hochgeordneter Schichten bestehend aus kleineren Molekülen dar. Im Zusammenhang mit größeren Molekülen ergibt sich die Frage, ob auf Grund der höheren Sublimationstemperatur diese unzersetzt aufgedampft werden können. Optische Spektroskopieexperimente haben gezeigt, daß dies im Fall von QT möglich ist. Andererseits beginnt die Zersetzung von QTCDI bereits unterhalb seiner Sublimationstemperatur, wobei als eines der Produkte QTCMI entsteht. Ein wesentliches Anliegen dieser Arbeit bestand darin, die Frage zu klären, inwieweit diese großen Aromate epitaktisch auf anorganischen als auch organischen Substraten aufwachsen. Organisch-anorganische Schichtsysteme wurden durch Aufdampfen der Quaterrylenderivate auf einkristalline, rekonstruierte Goldoberflächen erzeugt und anschließend mit LEED und STM charakterisiert. Trotz der eingeschränkten thermischen Stabilität von QTCDI konnten sowohl hochgeordnete QT als auch QTCDI Monolagen auf Au(111) hergestellt werden, die jeweils aus flachliegenden Molekülen bestehen. Im Falle von QTCDI konnte dieses Resultat durch eine Optimierung der Probenherstellung erreicht werden. Im Unterschied zur Anordnung der QT Moleküle in Reihen, bilden die QTCDI Moleküle eine dazu deutlich verschiedene brickwall Struktur, die durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Randgruppen der QTCDI Moleküle erklärt werden kann. In ähnlicher Weise zeigt sich der Einfluß der Substituenten auf die Anordnung der Moleküle in der Schicht an den gefunden QTCMI Strukturen. Im Unterschied zu QTCDI Monolagen auf Au(111), konnten keine reinen QTCMI Proben erzeugt werden. Die Ursache dafür ist, daß QTCMI zwar in der QTCDI Knudsenzelle angereichert werden kann, aber beide Moleküle ähnliche Verdampfungstemperaturen besitzen. Selbst die Präparation einer reinen QTCMI Probe nach vollständiger Umsetzung aller QTCDI Moleküle in der Knudsenzelle erscheint schwierig, da bei diesen Temperaturen auch die Zersetzung der QTCMI Moleküle stattfindet. Des weiteren wurden QT Monolagen auf Au(100) Substraten hergestellt. Die QT Moleküle besitzen auf dieser Oberfläche dieselbe Anordnung wie auf Au(111). Auf beiden Oberflächen wurden nur bestimmte Domänenwinkel beobachtet, die die Ausrichtung der Moleküldomänen im Bezug zum Substrat beschreiben. Da die rekonstruierten Au(100) Oberfläche typischerweise nur eine Phase je Terrasse ausbildet, entsteht eine ausgedehnte QT Domäne bereits durch eine einzige Adsorbatstruktur. Andererseits erfordert das homogene Wachstum einer ausgedehnten QT Domäne auf verschiedenen Rekonstruktionsdomänen der Au(111) Oberfläche die Existenz der drei beobachteten Adsorbatstrukturen, die sich durch unterschiedliche Domänenwinkel auszeichnen. Weiterhin wurden Anzeichen dafür gefunden, daß die rekonstruierten Au(111) und Au(100) Oberflächen durch die Adsorption von QT Molekülen verändert werden. Während dieser Effekt im Fall der Au(111) Oberfläche auch bei anderen organischen Molekülen beobachtet wurde, ist unseres Wissens nach in der Literatur eine Veränderung der Au(100) Rekonstruktion in Folge des Aufdampfens einer organischen Molekülschicht bisher nicht beschrieben worden. Darüber hinaus können alle beobachteten Adsorbatstrukturen der Quaterrylenderivate auf Au(111) und Au(100) im Rahmen des point-on-line Modells erklärt werden. Das Wachstum der zweiten Monolage QT auf Au(111) wurde als Beispiel für organisch-organische Homoepitaxy untersucht. Die Moleküle der zweiten QT Monolage bilden wiederum Reihen, die entlang der QT Reihen der ersten Monolage wachsen. Als unmittelbare Folge existiert nur eine mögliche Domänenorientierung im Bezug zur ersten Monolage QT. Im Unterschied zu den ausschließlich flachliegenden Molekülen der ersten Monolage QT wurden in der zweiten Monolage alternierend stehende und liegende Moleküle beobachtet. Die resultierende Struktur ähnelt dabei der QT Kristallstruktur. Diese Resultate zeigen, daß die Au(111) Oberfläche einen vergleichsweise starken Einfluß auf die Struktur der ersten QT Monolage hat, während sie sich deutlich weniger stark auf die Struktur der zweiten QT Monolage auswirkt. Einen weiteren Aspekt der vorliegenden Arbeit stellen organisch-organische Heterostrukturen bestehend aus QT-HBC Schichten auf Au(111) dar. Im Zusammenhang mit der Untersuchung dieser Schichten sollte geklärt werden, ob der kürzlich gefundene Epitaxytyp line-on-line das Wachstum organisch-organischer Heterostrukturen generell beschreiben kann. Im Gegensatz zu typischen STM Bildern von organisch-organischen Heterostrukturen aus der Literatur, konnten hier Bilder aufgezeichnet werden, in der beide Molekülsorten deutlich voneinander unterschieden werden können. Dabei wurde eine QT/HBC Heterostruktur gefunden, bei der flachliegende QT Moleküle Reihen bilden. Im Unterschied zu QT auf Au(111) sind diese Reihen nicht dicht aneinander gepackt. Diese Beobachtung deutet darauf hin, daß die QT Struktur durch ein energetisch günstiges Packen der QT Moleküle auf den HBC Molekülen bestimmt wird. Darüber hinaus wurden zwei weitere Adsorbatstrukturen mit deutlich verschiedenen Gitterparametern gefunden. Hochaufgelöste STM Bilder legen nahe, daß diese beiden Strukturen alternierend aus stehenden und liegenden Moleküle bestehen. Die Experimente liefern Anzeichen dafür, daß die jeweilige Anordnung der QT Moleküle in der Schicht von der Dicke der darunterliegen HBC Schicht bestimmt wird. Demnach liegen die QT Moleküle auf einer Monolage HBC infolge der stärkeren Wechselwirkung zur Au(111) Oberfläche flach, während die bei dickeren HBC Schichten schwächere Wechselwirkung mit dem Gold eine Struktur aus stehenden und liegenden Molekülen ähnlich der Kristallstruktur zur Folge hat.

Nous utilisons un microscope combinant microscopie à force atomique (AFM) et microscopie à effet tunnel (STM) à très basse température (~100 mK) afin d'étudier des nanocircuits mésoscopiques. Pour effectuer l'AFM dans ces conditions, nous utilisons un diapason en quartz recouvert de deux électrodes sur l'une desquelles est collée la pointe. Lorsque le diapason vibre on peut alors localiser en AFM un échantillon conducteur sur un substrat isolant, puis stopper les vibration pour réaliser des spectroscopies tunnel le long de la partie conductrice. Nous utilisons des pointes de platine-iridium ce qui nous permet de mesurer la densité d'états électronique locale. Nous nous sommes intéressés aux jonctions Josephson hybrides composées d'un îlot d'environ 1 µm de métal normal (cuivre) séparant deux supraconducteurs (aluminium). Ces échantillons sont réalisées par lithographie électronique et évaporation sous angle.Les courbes courant-tension de ces jonctions deviennent hystérétiques à très basse température ce qui est vraisemblablement dû à la dissipation thermique dans la partie normale. Nous avons pu localiser de manière fiable des échantillons uniques et effectuer simultanément des mesures en transport et des spectroscopies locales. Nous avons vu que la densité d'états du supraconducteur varie continuement à proximité du métal normal. Nous avons également observé un chauffage du supraconducteur avec le courant traversant la jonction. La mesure de la densité d'états du supraconducteur permet alors d'estimer la température électronique dans l'échantillon. La comparaison avec notre modèle thermique montre que l'énergie thermique produite dans le métal normal semble être évacuée mieux que prévu. / We use a microscope combining atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) at very low temperature (~100 mK) to study mesoscopic nanocircuits. To perform AFM measurements, we use quartz tuning forks covered with metallic electrodes on which we glue the tip. By using the tuning fork as a dynamic force sensor, we can localize the sample. Then, switching off the oscillation, we can perform local spectroscopies along the conductive part. We use platinum-iridium coated tips to measure the local density of states. This work is focused on hybrid Josephson junctions composed of a normal metal (copper) island of approximately 1 µm separating two superconductors (aluminium). These samples are made by electronic lithography and shadow evaporation.The current-voltage characteristics of these junctions become hysteretic at very low temperature because of thermal dissipation in the normal part. We achieved the localization of a unique sample and performed simultaneously transport measurements and local spectroscopies. We observed that the density of states of the superconductor varies continuously close to the normal metal. We also observed heating in the superconductor when the junction is current biased. The measure of the density of states of the superconductors gives an estimation of the electronic temperature in the sample. The comparison with our thermal model shows that the energy produced in the normal metal seems to be evacuated better than expected.

Neste trabalho apresenta-se uma avaliação do desempenho da implementação de memória transacional da linguagem Clojure, utilizada como biblioteca de sincronização para uso em conjunto com outras aplicações dentro da máquina virtual de Java. É implementada uma camada de interface entre as estruturas de dados de Clojure e o benchmark STMBench7 e são discutidos alguns aspectos que geram sobrecarga no desempenho. / In this work a performance evaluation of Clojure transactional memory implementation is presented, using it as a synchronization library to work together with other applications on Java virtual machine. It is implemented an interface layer between Clojure data structures and STMBench7 benchmark, and issues about overhead in performance are discussed.

L'électronique basée sur le graphène fait face à un verrou technologique, qui est l'absence d'une bande interdite (gap) permettant une commutation entre les états logiques allumé et éteint. Les nano-rubans de graphène rendent possible l'obtention de ce gap mais il est difficile de produire de tels rubans avec une largeur précise à l'échelle atomique et des bords bien ordonnés. Le confinement électronique est une façon élégante d'ouvrir un gap et peut en principe être réglé en ajustant la largeur des nano-rubans. Cette thèse est consacrée à la compréhension de l'ouverture du gap par nano-structuration. Nous avons suivi deux approches: l'introduction d'un potentiel super-périodique sur le graphène par des substrats vicinaux de métaux nobles et le confinement électronique dans des nano-rubans sur des facettes artificielles du SiC. Des potentiels super-périodiques ont été introduits avec deux substrats nano-structurés: l'Ir(332) et un cristal courbé de Pt(111) multi-vicinale. Le graphène modifie les marches initiales des substrats et les transforme en une succession de terrasses (111) et de régions d'accumulation de marches, observés par STM. La nano-structuration du substrat induit alors un potentiel super-périodique dans le graphène entraînant l'ouverture de gaps sur la bande π du graphène observée par ARPES, ce qui est cohérent avec la périodicité structurale observé par STM et LEED. Les gaps peuvent être convenablement expliqués par un modèle de type hamiltonien de Dirac; ce dernier nous permet de retrouver la force du potentiel à la jonction entre les terrasses (111) et la région d'accumulation des marches. La force du potentiel dépend du substrat, de la périodicité associée à la surface et du type de bord des marches (soit type A ou B). Nous avons aussi changé le potentiel de surface en intercalant du Cu sur l'Ir(332), qui reste préférentiellement au niveau de l'accumulation des marches. La surface présente des régions dopées n alors que les régions non-intercalées restent dopées p, conduisant à une succession de rubans dopés n et p pour une même couche de graphène continue. La seconde approche pour contrôler le gap est par confinement électronique dans des nanorubans de graphène synthétisés sur du SiC. Ces rubans sont obtenus sur des facettes du SiC ordonnées périodiquement. Comme l'ouverture d'un gap d'origine inconnue avait été observée par ARPES, nous avons réalisé les premières études atomiquement résolues par STM. Nous démontrons la régularité et la chiralité des bords, nous localisons précisément les nanorubans de graphène sur les facettes et nous identifions des mini-facettes sur du SiC. Afin de comprendre le couplage entre le graphène et le substrat, nous avons étudié une coupe transversale par STEM/EELS, en complément des études par ARPES et STM/STS. Nous observons que la facette (1-107) où le graphène se trouve présente un sub-facettage sur les extrémités haute et basse. Le sub-facettage comprend des mini-terrasses (0001) et des mini-facettes (1-105). Le graphène s'étend tout au long du la région sub-facettée, et est couplé au substrat dans les mini-terrasses (0001), ce qui le rend semi-conducteur. En revanche, le graphène au-dessus des mini-facettes (1-105) est découplé du substrat mais présente un gap observé par EELS, et compatible avec les observations faites par ARPES. L'origine du gap est expliquée par le confinement électronique sur des nano-rubans de graphène de 1 - 2 nm de largeur localisés sur ces mini-facettes (1-105). / The major challenge for graphene-based electronic applications is the absence of the band-gap necessary to switch between on and off logic states. Graphene nanoribbons provide a route to open a band-gap, though it is challenging to produce atomically precise nanoribbon widths and well-ordered edges. A particularly elegant method to open a band-gap is by electronic confinement, which can in principle be tuned by adjusting the nanoribbon width. This thesis is dedicated to understanding the ways of opening band-gaps by nanostructuration. We have used two approaches: the introduction of a superperiodic potential in graphene on vicinal noble metal substrates and the electronic confinement in artificially patterned nanoribbons on SiC. Superperiodic potentials on graphene have been introduced by two nanostructured substrates, Ir(332) and a multivicinal curved Pt(111) substrate. The growth of graphene modifies the original steps of the pristine substrates and transforms them into an array of (111) terraces and step bunching areas, as observed by STM. This nanostructuration of the underlying substrate induces the superperiodic potential on graphene that opens mini-gaps on the π band as observed by ARPES and consistent with the structural periodicity observed in STM and LEED. The mini-gaps are satisfactorily explained by a Dirac-hamiltonian model, that allows to retrieve the potential strength at the junctions between the (111) terraces and the step bunching. The potential strength depends on the substrate, the surface periodicity and the type of step-edge (A or B type). The surface potential has also been modified by intercalating Cu on Ir(332), that remains preferentially on the step bunching areas, producing there n-doped ribbons, while the non-intercalated areas remain p-doped, giving rise to an array of n- and p- doped nanoribbons on a single continuous layer. In the second approach to control the gap, we have studied the gap opening by electronic confinement in graphene nanoribbons grown on SiC. These ribbons are grown on an array of stabilized sidewalls on SiC. As a band-gap opening with unclear atomic origin had been observed by ARPES, we carried-out a correlated study of the atomic and electronic structure to identify the band gap origin. We performed the first atomically resolved study by STM, demonstrating the smoothness and chirality of the edges, finding the precise location of the metallic graphene nanoribbon on the sidewalls and identifying an unexpected mini-faceting on the substrate. To understand the coupling of graphene to the substrate, we performed a cross-sectional study by STEM/EELS, complementary of our ARPES and STM/STS studies. We observe that the (1-107) SiC sidewall facet is sub-faceted both at its top and bottom edges. The subfacetting consists of a series of (0001) miniterraces and (1-105) minifacets. Graphene is continuous on the whole subfacetting region, but it is coupled to the substrate on top of the (0001) miniterraces, rendering it there semiconducting. On the contrary, graphene is decoupled on top of the (1-105) minifacets but exhibits a bandgap, observed by EELS and compatible with ARPES observations. Such bandgap is originated by electronic confinement in the 1 - 2 nm width graphene nanoribbons that are formed over the (1-105) minifacets.

Ce manuscrit décrit l’élaboration d’un réseau dense et ordonné de nanoparticules épitaxiées sur couche mince d’oxyde (Al₂O₃) préparée sur un cristal de Ni₃Al (111). Des nanoparticules de Pd, et des nanoparticules à cœur de palladium et coquille d’or, ont été réalisées avec une distribution de taille étroite, grâce au fait que les centres de nucléation sont régulièrement espacés. La couche mince d’oxyde, puis le réseau de nanoparticules, sont étudiés par microscopie STM en fonction des paramètres d’oxydation du substrat et de dépôt de Pd, en particulier les températures d’oxydation et recuit, et le flux d’atomes de palladium. Au-delà de 1 ML de Pd et 1 ML d’or, le réseau devient progressivement désordonné.En plus de la microscopie STM, la faible distribution de taille permet d’étudier les nanoparticules par des mesures spectroscopiques d’ensemble : la spectroscopie vibrationnelle par génération de fréquence somme (SFG) est utilisée pour caractériser la distribution des sites d’adsorption en fonction de la taille et de la nature chimique des nanoparticules ; la spectroscopie de réflectance différentielle (DRS) est utilisée pour caractériser les propriétés plasmoniques. La SFG permet de discriminer les sites de facettes et d’arêtes ; ceci permet de montrer que les nanoparticules croissent rapidement en hauteur. Sur les particules cœur-coquille, la SFG permet d’observer la ségrégation d’atomes de Pd à travers la coquille d’or, les sites de Pd et d’or se distinguant par la fréquence de CO. CO s’adsorbe sélectivement sur les atomes de Pd à pression modérée (inférieure à 10-3 mbar), puis également sur les atomes d’or aux pressions élevées (1 mbar). De plus, à haute pression CO induit la ségrégation, réversible thermiquement, d’un grand nombre d’atomes de Pd.La DRS permet d’observer l’apparition d’une résonance plasmon pour une coquille plus large que 3 ML d’or. La résonance est d’autant plus intense que le cœur de Pd est petit, et la coquille épaisse. Mais ne devient vraiment intense qu’au voisinage de la coalescence des NPs.Ces expériences ouvrent la voie à des expériences plus fines, notamment pour sonder plus précisément les propriétés en fonction de la taille, ou l’adsorption de CO en présence d’oxygène. Elles ouvrent aussi la voie à l’étude ultérieure de l’adsorption de molécules organiques sur le réseau de nanoparticules. L’adsorption de molécules en pont sera recherchée. Le transfert d’électron dans le réseau hybride ainsi constitué sera étudié, des expériences pompe-sonde où des électrons seront excités dans les nanoparticules. La SFG permettra de sonder l’état transitoire des molécules sous l’effet du transfert de charge. / This manuscript describes the development of a dense and ordered network of epitaxially grown nanoparticles on an oxide thin-film (Al₂O₃) prepared on a Ni₃Al (111) crystal. Pd nanoparticles, and nanoparticles with palladium core and gold shell, were made with a narrow size distribution, thanks to the fact that the nucleation centers are regularly spaced. The thin oxide layer and then the nanoparticle network are studied by STM microscopy according to the substrate oxidation and Pd deposition parameters, in particular the oxidation and annealing temperatures, and the flow of palladium atoms. Beyond 1 ML of Pd and 1 ML of gold, the network becomes progressively disordered.In addition to STM microscopy, the small size distribution makes it possible to study the nanoparticles by means of overall spectroscopic measurements: the sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy is used to characterize the distribution of the adsorption sites according to the size and chemical nature of the nanoparticles; differential reflectance spectroscopy (DRS) is used to characterize plasmonic properties. SFG discriminates between facet and edge sites, allowing to show that the nanoparticles grow rapidly in height. On core-shell particles, SFG allows to observe the segregation of Pd atoms across the gold shell, with Pd and gold sites distinguished by CO frequency. CO is selectively adsorbed on Pd atoms at moderate pressure (less than 10-3 mbar), then also on Au atoms at high pressures (1 mbar). Moreover, at high pressure CO induces the thermally reversible segregation of a large number of Pd atoms.The DRS makes it possible to observe the appearance of a plasmon resonance for a shell wider than 3 ML of gold. The resonance is more intense as the core of Pd is small, and the shell thick. But only becomes really intense in the vicinity of the coalescence of NPs.These experiments pave the way for finer experiments, in particular to probe more precisely the properties as a function of size, or the adsorption of CO in the presence of oxygen. They also open the way for the subsequent study of the adsorption of organic molecules on the nanoparticle network. The adsorption of molecules in bridge between nanoparticles will be sought. The electron transfer in the hybrid network thus formed will be studied using pump-probe experiments where electrons will be excited in the nanoparticles. SFG will probe the transient state of molecules under the effect of charge transfer.

Les mécanismes de déformation plastique des matériaux cubiques à corps centré sont étudiés depuis plus d’un demi-siècle. Il est maintenant bien établi que les dislocations vis contrôlent la plasticité de ces matériaux. Ceci est dû à une structure non-plane du cœur de ces dislocations, qui induit une forte friction de réseau communément appelée ‘pseudo-Peierls’. Le mécanisme supposé est la nucléation thermiquement activée de paires de décrochements. Cette structure de cœur particulière limite également les plans de glissement possibles. Les traces de glissement aux échelles méso et microscopiques apparaissent ‘ondulées’, ce qui a amené à proposer toute une variété de plans de glissement.Dans ce contexte, nous avons analysé à une échelle plus fine, i .e. à l’échelle atomique, les traces de glissement obtenues par déformation en compression de monocristaux de niobium à des températures situées dans le régime de température thermiquement activé: 293 K, 200 K et 90 K. L’analyse par microscopie à effet tunnel sous environnement ultra vide indique qu’à la résolution atomique chaque trace de glissement peut être décomposée en segments associés à des plans de type {112} et {110}. De manière surprenante, il est mis en évidence qu’à 293 K et 200 K du glissement se produit à la fois dans le sens maclage et antimaclage. De plus, toutes les traces de glissement impliquent du glissement sur des plans de type {110}, étayant ainsi la structure de cœur compact prévue par simulations atomistiques ab initio.L’étude in situ de la surface sous contrainte, à T = 293 K et 200 K, a aussi mis en évidence des réorganisations, voire des disparitions, de terrasses atomiques au voisinage de dislocations émergentes. Le calcul des forces d’interaction en élasticité linéaire isotrope montre que les dislocations proches de ces terrasses ne jouent pas de rôle prépondérant sur la position d’équilibre des terrasses. En revanche, celles-ci modifient localement le potentiel chimique de surface, favorisant la diffusion atomique à l’origine des réorganisations de surface constatées expérimentalement. / The plastic deformation of body-centred cubic metals is the subject of extensive studies since more than half a century. It is now well established that the screw dislocations control the plasticity of these metallic metals. The reason for this is attributed to a non-planar configuration of the core of these dislocations, which induces a high friction force usually referred to as ‘pseudo-Peierls’. The underlying elementary mechanism is the thermally activated nucleation of kink pairs. While perfect screw dislocations do not have specific glide plane, the non-planar core configuration limits the number of possible slip planes. The slip traces observed at the meso and microscopic scales are wavy, which has leaded to the proposal of several possible slip planes.In this context, we propose an analysis at a finer scale, i.e. the atomic scale, of the slip traces produced by compressive stress on niobium single crystals at three temperatures in the thermally activated temperature regime, namely: 293 K, 200 K and 90 K. The analyses were carried out using a scanning tunnelling microscope under ultra-high vacuum environment. At this scale of observation, the slip traces are made up of crystallographic segments that can be associated with {011} and {112} planes. It is also noticeable that at 200 K and 293 K dislocation glide is observed in both the twinning and the anti-twinning directions. More importantly, all slip traces include segments that belong to {011} planes strongly supporting the latest ab initio atomistic simulations predicting a compact core configuration for screw dislocation.In this study, we also established that, at T = 293 K and 200 K, the sample surface may undergo drastic changes of its vicinal terraces, when they are close to emerging dislocations. The calculation of interaction forces, in the frame of isotropic linear elasticity, indicates that dislocations close to vicinal terraces do not play a major role regarding the stable positions of the vicinal terraces. However, they locally modify the chemical potential of the surface, thus enhancing atomic diffusion which is at the origin of the surface reorganisations experimentally observed.

Behaviour of Group III (Al) and IV (Sn) metals on Si(100) surface was studied by Scanning Tunnelling Microscopy in a temperature range from 115 K to 350 K. Evolution of the length of Sn chains at room and elevated temperatures was studied by the method of repeated line scans. Activation energies and the respective frequency prefactors for detachment of different individual atoms from the chains' terminations were obtained by means of statistical processing. Kinetic Monte Carlo simulations were used to obtain activation energies for hops of Sn adatoms on the Si(100) surface at room temperature by fitting experimentally measured growth characteristics of Sn/Si(100). Three basic Al objects observed by Scanning Tunnelling Microscopy at room temperature on Si(100) were identified and thoroughly described. Direct observation of Al adatom hopping on Si(100)-c(4x2) at 115 K was used to evaluate the activation energies for individual hops in directions parallel with Si dimer rows and perpendicular to Si dimer rows. Kinetic Monte Carlo simulations were used to obtain activation energies for hops of Al adatoms on the Si(100) surface at room temperature by fitting experimentally measured growth characteristics of Al/Si(100).