Diffusion d'une Onde Electromagnétique par des Structures Arbitraires: Application à l'Emission de Lumière en STM - Ecole Centrale de Marseille Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1998

Scattering of Electromagnetic Wave by Arbitrary Objetcs: Application for Light Emission in STM.

Diffusion d'une Onde Electromagnétique par des Structures Arbitraires: Application à l'Emission de Lumière en STM

Patrick C. Chaumet
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Résumé

Light emission in STM can be helpful to reach a chemical analysis of the sample in correlation with its topography. This work consists of the theoretical study of light emission under the STM tip with noble metals samples. Light emission from noble metals surfaces is attributed to plasmon modes excited by inelastic tunneling electrons. With this concept Johansson showed that the emitted spectrum can be calculated from the electric field induced by electromagnetic wave between tip and sample. This was done in static case in bisperical coordinates system for a spherical tip and plane sample. This geometry is too crude to perform a good description of experimental results. In this same frame we firstly study the field between two spheres to take account the rouhgness of the sample. This not realistic enough to give a good agreement with the results of the literature. Secondly, with a discretization of the sample roughness and of the tip, using the field susceptibility for free space, surface, and jonction, we compute the electric field between tip and sample for more realistic geometry. This method allow us to analyse the influence of the curvature and the extension of the tip and leads to a better interpretation of the experimental results. In the last chapter we investigate the light emission under a STM tip at the microscope scale.
L'émission de lumière sous la pointe d'un microscope à effet tunnel (STM) permet l'étude simultannée de la topographie et de la lumière émise à l'échelle atomique. Dans le but de mieux comprendre le processus d'émission nous avons étudié théoriquement le cas des métaux nobles en STM. Il est admis que l'émission de lumière est liée au mode de plasmon localisé sous la pointe, excité par un phénomène tunnel inélastique. Johansson et al. ont proposé un modèle de pointe sphérique et d'échantillon plan qui permet d'obtenir le spectre émis à partir du champ électrique entre la pointe et l'échantillon calculé dans l'hypothèse des potentiels non retardés en coordonnées bisphériques. Ce modèle ne retrouve pas certaines observations expérimentales. Dans une première approche, en coordonnées bisphériques, nous avons pu introduire les effets de la rugosité de surface de l'échantillon en étudiant de façon générale l'interaction entre deux sphères, dans le cas statique. Le modèle ne rend pas compte de toutes les observations expérimentales. Une deuxième approche, basée sur la discrétisation de l'ensemble pointe-échantillon, considère chaque élément comme un dipôle et à partir du tenseur de susceptibilité linéaire du champ il est possible de calculer le champ entre la pointe et l'échantillon (en statique comme en retardé). Nous avons appliqué ceci à différents types de pointes en fonction de leur rayon de courbure face à des protrusions de tailles variables. Les résultats obtenus sont en meilleur acccord avec l'expérience que ceux de Johansson. Enfin nous montrons que les idées à la base de notre approche peuvent aussi ouvrir la voie à l'interprétation à l'échelle atomique des phénomènes observés sous une pointe STM.
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Citer

Patrick C. Chaumet. Diffusion d'une Onde Electromagnétique par des Structures Arbitraires: Application à l'Emission de Lumière en STM. Autre [cond-mat.other]. Université de Bourgogne - Franche Compté, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01576102⟩
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