The mechanics of nanometre scale volumes were investigated experimentally by indentation of sharp W(111) tips of radii 3.6nm, 6.1nm, and 8.5nm, into clean and annealed Au(111) surfaces. Experiments were conducted in Ultra High Vacuum (UHV) and at room temperature. Tips were characterized at the atomic scale in situ by Field Ion Microscopy (FIM), and gold surfaces were sputtered, annealed, and characterized chemically by Auger Electron Spectroscopy (AES) and topographically by a combination of Scanning Tunnelling Microscopy/Atomic Force Microscopy (STM/AFM). High resolution load-displacement curves were obtained with simultaneous current measurement in the range 10pA-1mA. Residual impressions were imaged by STM/AFM, revealing symmetry consistent with the substrate. FIM imaging of the majority of tips after indentation showed mild gold adsorption and no damage to the underlying tip structure.Results showed striking size effects whereby nanometre scale indentation with a very sharp indenter led to mean contact pressures above 25GPa, almost an order of magnitude higher than the largest hardness values reported in the literature for Au(111). Size effects were also observed with regards to adhesion, whereby the sharpest tip led to no observable neck formation, in contrast with blunter tips. Cyclic loading of the nanometre scale volumes led to a progressive and dramatic drop in electronic transport properties as compressive loading experiments were repeated, a result that has since been corroborated by preliminary electronic transport calculations. / Nanoindentation à l'échelle nanométrique: effet de pénétrateurs très pointus sur l'adhésion, la plasticité et le transport électronique.Les propriétés mécaniques de volumes à l'échelle nanométrique ont été étudiées expérimentalement par indentation de pénétrateurs pointus de W(111) de rayons de courbure de 3.6nm, 6.1nm et 8.5nm, dans des surfaces propres et recuites d'or Au(111). Les expériences ont été menées à température ambiante et sous Ultra Haut Vide (UHV). Les pointes ont été caractérisées à l'échelle atomique in situ par microscopie à champ ionique (FIM), et les surfaces d'or ont été nettoyées par bombardement ionique, recuites, et caractérisées chimiquement par spectroscopie Auger (AES) et topographiquement par une combinaison de microscopie à effet tunnel et de microscopie à force atomique (STM/AFM). Des courbes de charge-pénétration de haute résolution ont été obtenues, avec mesure simultanée de courants électriques dans la gamme 10pA-1mA. Les impressions résiduelles ont été caractérisées par STM/AFM, révélant une symétrie congruente à celle du substrat. La caractérisation par FIM de la majorité des pointes après indentation a révélé une faible adsorption d'or, et l'absence de dommage à la structure sous-jacente de la pointe.Les résultats expérimentaux ont montré des effets de taille surprenants, selon lesquels l'indentation à l'échelle nanométrique avec un pénétrateur fortement pointu mène à des pressions de contact moyennes au-dessus de 25GPa, soit presque un ordre de grandeur de plus que les plus grandes valeurs de dureté reportées dans la littérature pour la surface d'or Au(111). Des effets de taille ont également été observés relativement à l'adhésion, selon lesquels le pénétrateur le plus pointu n'a pas présenté de col observable, contrairement aux autres. La charge cyclique des volumes nanométriques a mené à une suppression progressive et dramatique des propriétés de transport électronique à mesure que les charges étaient répétées, un résultat qui a depuis été corroboré par des calculs préliminaires de transport électronique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.96842 |
| Date | January 2011 |
| Creators | El Ouali, Mehdi |
| Contributors | Peter H Grutter (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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