Relaxation de la contrainte épitaxiale dans les alliages ordonnés

Figure 1 : Représentation schématique de la formation d’une micromacle. (cliquer ici pour voir l'animation) . Les dislocations partielles de Shockley glissent sur des plans atomiques (111) adjacents. On remarque que le cristal dans la micromacle présente un ordre chimique selon un axe penché de 70°.

Relaxation de la contrainte épitaxiale dans les alliages ordonnés : ordre chimique et sélection d’un mécanisme de relaxation Pour comprendre et contrôler les propriétés magnétiques de couches minces, le laboratoire mène une activité pour mesurer et comprendre mécanisme de croissance et relaxation des couches d’alliages épitaxiés. En effet, la structure et la microstructure ont des conséquences sur les propriétés magnétiques : anisotropie, coercivité. [ici prévoir un lien vers la thèse de JF Attané] Lors de l’hétéroépitaxie, il est bien rare que les paramètres de maille des différentes couches soient strictement égaux et au delà d’une épaisseur critique les contraintes d’épitaxie relaxent généralement par l’introduction de dislocations et/ou la propagation de dislocations préexistantes. La relaxation se fait progressivement avec l’épaisseur de couche déposée car les dislocations interagissent de façon répulsive et il faut augmenter l’épaisseur de la couche pour alimenter la force motrice qui les fait avancer. Avec une couche d’alliage, l’état d’ordre chimique, par l’intermédiaire de l’énergie de parois d’antiphase, peut jouer un rôle important dans le mécanisme de relaxation. C’est ce que nous avons pu constater dans la relaxation FePd/Pd(001) et FePt/Pt(001). Quand ces alliages sont codéposés à température suffisante (600-700K), il y a mise en ordre selon la structure quadratique, L10 avec l’axe quadratique, c, perpendiculaire à la couche. Codéposés à température ambiante, les couches sont chimiquement désordonnées. Enfin on peut obtenir la structure ordonnée lors d’un dépôt de FePt à température ambiante si l’on réalise un dépôt alterné couche atomique par couche atomique.

 

Figure : La formation de micromacles conduit à l’existence de talus en surface alignés selon les directions <110> observables en STM

Quand la couche d’alliage est chimiquement désordonnée, les contraintes sont relaxées par propagation de dislocations parfaites de vecteur de Burgers ½<101> sur les plans denses (111) de la structure cubique à faces centrées. Par contre si la couche est chimiquement ordonnée, le mécanisme de relaxation implique la propagation de dislocations partielles dites de Shockley de vecteur de Burgers 1/6<112> sur les plans atomiques (111) adjacents. Ce mécanisme aboutit à la formation de micromacles (figure 1) que l’on peut observer en AFM par le talus qu’elles laissent en surface et qui permet de caractériser leur distribution. On peut interpréter la sélection du mécanisme de relaxation selon l’état d’ordre de la façon suivante : le coût énergétique dû à une parois d’antiphase dans un alliage ordonné défavorise une dislocation parfaite alors qu’il n’est est rien dans l’alliage désordonné. Le micromaclage constitue un nanostructuration naturelle de la couche d’alliage, il en résulte des propriétés magnétiques originales. Ces résultats sont détaillés dans la thèse de D. Halley

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Maj : 17/10/2013 (62)

 

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