Reconstruction du Nb(111)

Thèse de Doctorat démarrée en 2014, Benjamin DOUAT

Contexte. Le niobium est utilisé dans de nombreux domaines, tant pour ses propriétés mécaniques que pour ses propriétés supraconductrices, notamment pour la fabrication de cavités radio fréquence. Cependant, la forte réactivité de ce métal, en particulier avec l’oxygène, entraine une détérioration significative de ses propriétés. Par exemple, 1% atomique d’oxygène dissout diminue la température de transition supraconductrice de 1K en raison de la formation d’une fine couche d’oxyde en surface. Si les surfaces {100} et {110} correspondant à l’orientation majoritaire des grains des tôles laminées ont été étudiées de façon extensive, très peu de données existent sur la surface Nb{111}.

Résultats. Nous avons étudié la structure atomique de la surface {111} du niobium. Les images de microscopie tunnel (STM) montrent qu’elle est composée de petites terrasses présentant une distance interatomique double de la distance interatomique attendue dans les plans (111) du cristal, i.e. une reconstruction (2×2) visualisée en Fig.1. Il est constaté une couche atomique incomplète dont le paramètre est 2racine3 fois celui du cristal et tourné de 30 degrés (reconstruction (2racine3 x 2racine3)R30). Bien que suggérée à la fin des années 70 sur la base d’observation en LEED, la reconstruction (2×2) n’avait jusqu’à présent jamais été observée directement. Nous proposons un modèle pour la description de ces reconstructions, appuyé par des calculs énergétiques.

Nb_reconstruit                                Modele_Nb_reconstruit

Fig. 1. Surface reconstruite du niobium (à gauche) et modèle atomique correspondant (à droite)

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