Repulsion et attraction lors de la mise en ordre de films bidimensionnels de métaux alcalins, le césium et le lithium sur la surface NI(111) - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 1991

Repulsion et attraction lors de la mise en ordre de films bidimensionnels de métaux alcalins, le césium et le lithium sur la surface NI(111)

Abdel Ilah Faké
  • Function : Author
  • PersonId : 787964
  • IdRef : 144541548

Abstract

The chemical nature of an alkali adatom adsorbed on a metallic surface is the likely oldest unsolved question of surface science. However a consensus does exist about the fact that, either polarized or ionized, the alkali adatom gives rise to an intense dipole moment which produces in particular the well known dramatic decrease of the electronic affinity of the surface due to alkali metal adsorption. Consequently, the general belief is that, within a two-dimensional alkali layer, individual dipoles of the alkali adatoms is governed by dipole-dipole repulive interactions, at least at low coverages, in the isolated adatom limit. The purpose of the present work was: (i) to produce evidence about those repulsive interactions in connection with the ordering of an alkali metal adlayer growing on a metallic surface; (ii) to determine wich kind of interaction is dominating the ordering of an alkali layer at high coverages when the concept of isolated dipole no larger holdes. We have choosen to study two systems Cs/Ni(111) and LilNi(111). The highly electropositive cesium atom produces a very strong dipole moment upon adsorption. Since Ni(111) has a small corrugation potential with respect to the alkali adatom adsorption, Cs1Ni(111) was a good system to test dipole-dipole interactions. At variance, the corrugation of the lateral potential was expected to play a bigger part in lithium&adsorption than in cesium adsorption. The study was performed under ultra-high & vacuum conditions by means of low energy electron diffraction, coverages Salcalin being calibrated and monitored using Auger electron spectroscopy. Two phase diagrams were thus obtained (temperature versus coverage). (i) the two dimensional layer is stable for coverage lower than 0,12 (atomic ratio - the full monolayer is at a coverage of '" 0,25); in this coverage, the stable two dimensional ordering is actually governed by repulsive interactions; ii) the layer is metastable above a coverage of 0,17 and for 0,17 <=0 CS <=0,25 , the structure is independant of the coverage, thus showing that is due to attractive interactions between cesium adatoms. As expected, the lithium two-dimensional ordering is strongly influenced by the corrugation of the substrate potential since the deposit of Li on Ni ( 111) produces a series of commensurate structures. The important observation made in the present work about CslNi(111) meets those made about KJAg(001) and KJCu(100) and leads us to wonder whether the transition repulsive interactions -4 attractive interactions, which is today considered as marginal, is general or not. The present work anyway questions the large amount of studies deroted to the bidimensionals ordering of alkali metals sin ce at coverages where interactions can be attractive (high covarages in the monolayers range), the stable arrangement can be hidden by metastable phases which are rarely tested by authors. Betwen 100 and 450 K, the Cs/Ni(111) diagram shows phases which parametrs are in good agreement with a model dominated by dipole-dipole repulsion : the coverage SCs is proportional to the inverse of the square parameter. Further annealings lead to the following conclusions
La nature chimique d'un adatome alcalin adsorbé sur une surface métallique est certainement la plus vieille question posée à la science des surfaces et elle n'est toujours pas résolue. Mais tous les auteurs tombent d'accord pour dire que l'adatome alcalin produit un fort moment dipolaire, qu'il soit ionisé ou polarisé: en particulier, cela est avancé pour expliquer la très importante décroissance de l'affinité électronique de surface qui accompagne l'adsorption d'alcalins. Ce même schéma permet de décrire la mise en ordre bidimensionnelle des éléments alcalins comme étant dominée par les interactions répulsives dipôle-dipôle, au moins aux bas recouvrements, dans la limite de l'adatome isole. Le but du présent travail est: (a) de prouver l'existence des interactions répulsives et leur rôle vis-à-vis de la mise en ordre des monocouches de métaux alcalins et; (b) de déterminer quelle sorte d'interaction gère la mise en ordre de couches de métaux alcalins aux recouvrements élevés, la ou le concept de dipôle isole n'a plus de sens. Nous avons choisi de travailler sur CS/ni(111) et li/ni(111). Le césium, très électropositif, doit produire un fort moment dipolaire. Comme ni(111) a un potentiel faiblement corrugue, CS/ni(111) est un bon candidat pour mettre en évidence les interactions dipôle-dipôle. Au contraire, on s'attend à ce que la corrugation de surface joue un rôle plus grand dans l'adsorption du lithium. L'étude a été faite sous ultravide au moyen d'un diffracteur d'électrons lents. Les taux de couvertures ont été calibrés et analysés par spectroscopie d'électrons auger. Nous avons ainsi obtenu deux diagrammes de phases (température/taux de recouvrement). Entre 100 et 450 k, le diagramme CS/ni(111) est formé de phases dont le paramètre suis l'évolution attendue dans un système dominé par les répulsions dipôle-dipôle: le taux de couverture est proportionnel à l'inverse du carré du paramètre. Par des chauffages ultérieurs au dépôt, nous sommes arrivés aux conclusions suivantes: (a) la couche bidimensionnelle est stable pour des taux de couverture inferieurs à 0,12 (en rapport atomique la monocouche complète correspond à un taux de recouvrement de 0,25); dans ce domaine la mise en ordre à deux dimensions de la couche stable est gérée par des interactions répulsives; (b) au-dessus d'un taux de couverture de 0,17, la couche est métastable; pour 0,17recouvrements0,25, la structure est indépendante du recouvrement, ce qui montre qu'elle est due à des interactions attractives entre adatomes de césium. Comme nous nous y attendions, la mise en ordre du lithium subit l'influence de la corrugation du substrat: le dépôt de lithium sur ni(111) produit une série de structures commensurables. L'observation importante ici à propos de CS/ni(111) recouvre celle faite lors de l'étude des systèmes k/ag(001) et k/CU(100) et nous conduit à nous demander si la transition interactions répulsives interactions attractives, qui est aujourd'hui considérée comme marginale, n'est pas en fait très générale. En tout cas, nos observations mettent en cause la description généralement faite des structures des systèmes alcalins/métaux puisque, dans la région des taux de couvertures élevés ou les interactions peuvent être attractives, l'arrangement stable peut être caché par des phases métastables que les auteurs cherchent rarement à détecter.
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Dates and versions

tel-01748581 , version 1 (29-03-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01748581 , version 1

Cite

Abdel Ilah Faké. Repulsion et attraction lors de la mise en ordre de films bidimensionnels de métaux alcalins, le césium et le lithium sur la surface NI(111). Sciences de l'ingénieur [physics]. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 1991. Français. ⟨NNT : 1991NAN10275⟩. ⟨tel-01748581⟩
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