Curriculum Vitae - APC - Université Paris Diderot-Paris 7

B. Legrand – SRMP (CEA Saclay)
L’objectif principal de cette thématique est le contrôle et la compréhension de la croissance de
nanostructures cœur/coquille métalliques déposées sur une surface amorphe. Le système CuAg a
été choisi comme modèle pour cette étude dans le but d’exploiter la non miscibilité de ces deux
métaux pour élaborer des structures cœur/coquille à l’échelle du nanomètre. Il s’agit d’étudier (i)
comment le cuivre et l’argent diffusent et s’organisent lorsqu’ils sont déposés séquentiellement
sur un substrat d’oxyde amorphe, (ii) la cinétique du dépôt, (iii) les caractéristiques de croissance
d’une espèce sur l’autre et enfin (iv) les propriétés structurales des îlots formés et leur stabilité
thermique.
La croissance de l’argent sur le cuivre a été étudiée à partir d’images chimiques réalisées en
microscopie filtrée en énergie (EFTEM). Pour cela, nous avons déposé des épaisseurs nominales
de 2 nm et 1 nm pour le Cu et l’Ag respectivement. Nous avons observé que la coalescence des
cœurs de Cu se produit durant le dépôt ultérieur d’Ag formant des gros cœurs de cuivre entourés
d’argent. Ce phénomène ne se produit pas pour des dépôts de Cu seul et d’épaisseur nominale
équivalente réalisés dans les mêmes conditions expérimentales. Nous avons montré que ce
phénomène est lié à la thermodynamique du système CuAg plutôt que lié à des effets cinétiques
pendant la croissance. En effet, lorsque l’argent est déposé à une température (100°C) inférieure à
la température de croissance pour le cuivre (270°C), l’argent se dépose préférentiellement autour
du cuivre et forme des ponts entre plusieurs agrégats de cuivre (Figure 4a où le Cu apparaît en
rouge et l’Ag en vert).
(a) (b) (c)
Figure 4 : (a) Image filtrée en énergie de nanoparticules de CuA, brut de fabrication avec 2 nm
de Cu déposés à 270°C suivi de 1 nm d’Ag déposé à 100°C. Images haute résolution en STEM
corrigée des aberrations : (b) Interfaces Cu/Ag de type cube sur cube (rectangle plein) et de type
macle (rectangle pointillé). (c) Même image filtrée sur les réflexions du Cu (en vert) et de l’Ag (en
rouge, mettant en évidence les dislocations d’interface (entourée en blanc).
L’interface Cu/Ag et les relations d’épitaxie entre les deux métaux ont été étudiés en couplant,
sur une même nanoparticule, des observations en microscopie filtrée en énergie et en microscopie
haute résolution en mode STEM corrigée de l’aberration sphérique en collaboration avec JEOL à
Tokyo. Les résultats montrent que l’argent croît en épitaxie sur le cuivre en formant deux types
d’interfaces : la première de type cube sur cube où les plans (111) des deux métaux sont parallèles
entre eux (rectangle plein sur la figure 4b) et la deuxième où les plans (111) sont en position de
macle (rectangle pointillé sur la figure 4b). La différence de paramètre de maille entre le cuivre et
l’argent (11,7%) est telle que l’argent est relaxé dès les premières couches (épaisseur critique
autour de 1 nm). Les contraintes sont relaxées par la formation de dislocations à l’interface Cu/Ag.
Ces dislocations d’interface, qui accommodent la différence de paramètre de maille entre les deux
matériaux, sont régulièrement réparties le long de l’interface (figure 4c).