Plan du Cours 1. Photoémission

I. Introduction à la physique des surfaces.
II. Structure électronique : exemples et modèles.
III. Techniques de mesures.
IV. Microscopie/spectroscopie tunnel et
l’étude des métaux et semiconducteurs.
V. Transitions de phase.
VI. Manipulation d’atomes, molécules
et nanostructures.
Plan du Cours
Techniques de mesures
•A sonde locale : STM,
AFM, PSTM…etc.
•Optique
•Électronique à balayage (MEB) et
par transmission (MET)
5. Microscopie
•Effet josephson•Spectroscopie par perte d’énergie
des e- (EELS)
•Spectroscopie tunnel (TS)
4. Spectroscopie
(électron)
•Photoémission inverse (IPS)•Photoémission PES (UPS, XPS)
•Résolue en angle (ARPES)
•Émission Auger (AES)
3. Méthodes spectroscopiques
(photon-électron)
•Effet Raman
•Effet Kerr
•Ellipsométrie
•Absorption IR et visible
•Absorption X (EXAFS)
2. Méthodes spectroscopiques
(photon)
•Diffraction d’électrons lents LEED
•Rayons X
•Hélium etc…
1. Méthodes de diffraction
Aspects particuliers
Homogénéité ? Microscopies électronique et à sonde locale.
Environnement électronique : Méthodes spectroscopiques optique et électronique
Environnement chimique : XPS, EXAFS, émission Auger
Bandes d’énergie – physique du solide : Photoémission et spectroscopies électroniques
Aspect structural : Microscopies et méthodes de diffraction
A noter : les problèmes de la résolution énergétique,
la résolution spatiale et
la sensibilité à la surface.
1. Photoémission

Les spectroscopies à photon incident
Spectroscopies
•Photoémission UPS, XPS
•Résolue en angle ARPES
•Effet Compton
•Emission Auger AES …
E
D
h ω
i
k
i
E
f
k
f
I
I(E
f
)
I(E
f,
k
f
)
Distribution de
l’énergie cinétique
E
B
= h ω
i
- ϕ -E
f
Énergie de « liaison »
•Diagramme énergétique
•Si l’origine des énergies est le bas de bande :
ϕ
V(z)
u
z
V
0
E
F
E
i
E
f
h ω
i
E = 0
E
B
E
c
E
Cmax
= h ω
i
- ϕ
•E
Cmax
indépendante de I
photon
•L’absorption est « instantanée »
•Une fréquence minimale existe
h ω
ECmax
e-
L’Effet Photoélectrique (rappel)
Formule d’Einstein
L’Effet Photoélectrique (rappel)
A. Einstein, 1905 – quanta de lumière
R. A. Millikan, 1916
J.J. Thomson – existence de l’électron
•mesure de h
•mesure de
ϕ
Hertz 1887 – découverte de l’effet
Lenard 1900 – mesure des photoélectrons
4.39 10
14
Hz
E
Cmax
= h ω
i
- ϕ

La spectroscopie photoémission (PES)
y
x
z
k
h ω
i
A
2
A
1
Règle d’or de Fermi :
PES :
y
x
z
h ω
i
A
2
A
1
k
…résolue en angle (ARPES)
y
x
z
h ω
i
A
2
A
1
Grandeur mesurée
dans l’angle solide :
k
φ
θ
Renseignement sur la structure électronique
Expression 3D :
Conservation d’impulsion parallèle :
Approximation extrême :
Avec interactions :
Exemple de la forme des spectres (3D)
I(E,k
f
)
E
E
F
E
0
f(E)

Expression 2D :
Avec interactions :
Expression 0D :
Avec interactions :
Un seul niveau
La spectroscopie Auger (AES)
e-
Electrons Auger
Pics caractéristiques
des niveaux de cœur
Modèle liaisons fortes du métal 2D
M
X
1BZ
M
M
(
(π π/a, 0) /a, 0)
X
(π/a,-π/a)
E(k) = ε
0
–2β{cos(k
x
a) + cos(k
y
a)}
E
N( E )
Rappel – stucture de bande et
densité d’états
CuO
2
BiSrCaCuO
a
ARPES
J.C. Campuzano et coll.

Kordyuc et al Phys. Rev. B
Mesure directe de la densité locale
Gaz d’électrons libre 2D
Densité d’états
STM
ARPES
Photoémission résolue en angle : ARPES
S. Rousset, V. Repain, G. Baudot, et coll.
2. STM : Premier aperçu