Diffusion de surface - Définition

Anisotropie

Les mécanismes et les coefficients de diffusion sont dépendants de l'anisotropie d'orientation suivant les différentes surfaces d'orientations, pour le matériau donné. Pour un solide cristallin, chaque plan de surface peut donner un phénomène de diffusion différent. Les surfaces d'empilement compact, telles que celle du cubique à faces centrées cfc (111) ont tendance à montrer des vitesses de diffusion plus grandes qu'une surface du même matériau telle que celle du cfc (100).

L'anisotropie de direction fait référence aux différences dans les vitesses ou les mécanismes de diffusion, mais en considérant cette fois une direction particulière d'un plan cristallographique donné. Ces différences peuvent être la conséquence d'anisotropie du réseau de surface, ou bien de la présence de marche sur la surface. L'un des plus surprenants exemples est l'anisotropie de direction lors des diffusions d'adatomes sur des surfaces telle que cfc (110), où la diffusion le long du canal est bien plus rapide que celle à travers le canal.

Régime

Figure 3. Modèle de six adatomes diffusant sur un réseau carré de surface. Chaque adatome empêche les autres de se déplacer aux sites adjacents. Comme pour la loi de Fick, le flux est dans la direction opposé du gradient de concentration.

Les adatomes peuvent diffuser de quatre manières différentes. La diffusion de traceur et la diffusion chimique se différencient dans le niveau de couverture de l'adsorbat par rapport à la surface, tandis que la diffusion intrinsèque et la diffusion de transfert de masse différent par la nature de l'environnement de la diffusion.

La diffusion de traceur et la diffusion intrinsèque référent toutes deux aux systèmes où les adparticules ont un environnement relativement homogène, alors que la diffusion chimique et la diffusion de transfert de masse sont plus fortement affectées par leurs environnements.

• La diffusion de traceur décrit le mouvement d'adparticules individuelles sur une surface à des niveaux relativement bas. À ces bas niveaux de couverture (<0,01 monocouche), les interactions entre particules sont faibles et chaque particules peuvent être considérer comme se déplaçant indépendamment des autres. La figure 1 représente un exemple de diffusion de traceur.

• La diffusion chimique décrit le processus à haut niveau de couverture, où les effets d'attractions et de répulsions entre adatomes deviennent important. Ces interactions modifient la mobilité des adatomes, car les adatomes voisins peuvent bloquer les sites d'adsorption adjacent, comme la figure 3 le montre.

• La diffusion intrinsèque a lieu sur une surface uniforme (par exemple, absence de marches ou de lacunes atomiques), comme une simple terrasse, où il n'y a ni pièges à adatomes, ni de sources. Ce régime est souvent étudié par la microscopie ionique, où la terrasse est un échantillon net, sur lequel une adaparticule diffuse. Même dans le cas d'une terrasse propre, le processus peut être influencé par la non-uniformité des coins de la terrasse.

• La diffusion de transfert de masse a lieu dans les cas où les adparticules sources et les pièges, comme les coins, les marches et les trous sont présents. Au lieu d'être seulement dépendante de la barrière de potentiel de saut E_diff, la diffusion est aussi maintenant dépendante de l'énergie de formation des adparticules mobiles. La nature de l'environnement de diffusion joue alors un rôle dans la vitesse de diffusion, puisque l'énergie de formation d'une adparticule est différente pour type de surface, comme le décrit le modèle terrace step kink.