Surface alloys of immiscible metals : STM studies of Fe and Au on Ru(0001)
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Formation of alloys has been a subject of great interest as it leads to formation of a new materials. In recent past, surface alloys, a completely different class of materials has been emerged. It is alloying confined to the surface layer, either between the substrate and the overlayer or between two different metals on a third substrate. It may involve alloying of two bulk-immiscible metals. Such alloys stabilized by stress, have been discovered but most of them fail to exhibit long range order. In present work, we have studied surface alloys of immiscible metals experimentally using Scanning Tunneling Microscopy as principle investigation technique. As a first step, overlayers of elements like Ag, Au and Fe on Ru(OOOl) are studied experimentally and modeled theoretically. Furthermore, a surface alloy of two immiscible metals Fe and Au has been successfully formed on the surface of Ru (0001). The stoichiometry of the alloy is varied and effect of annealing temperature on alloying process is observed. Atomically resolved Scanning Tunneling Microscopy measurements reveal the structure of the alloy and Low Energy Electron Diffraction is used as an complementary tool for confirmation of the structure and the long range ordering of the alloy. We find the beat ordering for Au₂Fe stoichiometry, displaying √3 X √3 structure, ab initio density functional theory calculations show that this is indeed thé most stable structure with the lowest energy of formation and magnetism provides an important stabilizing effect to the alloy. This opens up novel possibilities for creating new class of surface alloys besides the interest in studying the magnetic properties of FeAu alloy.
Abstract FR:
Les alliages de surface sont généralement stabilisés par les contraintes de surface qui dans certains cas peuvent induire le mélange de deux éléments immiscibles en volume. De nombreux exemples sont connus mais l'ordre atomique à longue distance n'est jamais présent. Cette thèse expose les résultats expérimentaux obtenus sur des couches ultra-minces étudiées par microscopie à effet tunnel. Une première partie présente les structures de monocouches d'argent, d'or et de fer sur une surface de ruthénium (0001). Les reconstructions de surface obtenues pour Au et Ag sont ensuite analysées théoriquement dans le cadre d'un modèle de Frenkel-Kontorova étendu aux systèmes bimétalliques. Dans un second temps, les résultats obtenus sur les co-dépôts AuFe/Ru sont exposés. Les structures ainsi que la qualité de l'ordre sont étudiés en fonction de la température de formation et de la stoechiométrie. Des mesures de microscopie résolue à l'échelle atomique complétées par celles de diffraction d'électrons lents révèlent la structure de l'alliage ainsi que sa stabilité. La phase √ 3 x √ 3 obtenue pour la composition Au₂Fe étant la plus stable. Ces résultats sont complétés par une analyse théorique basée sur des calculs ab initio d'énergie de formation. Il est ainsi mis en évidence que les interactions magnétiques participent à la stabilité de l'alliage. Outre l'intérêt à étudier les propriétés magnétiques de l'alliage AuFe en vue de possibles applications, ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités quant à la création d'une nouvelle classe d'alliages de surface.