Contribution à l’étude des excitations élémentaires de surface et d’interface dans les couches adsorbées et les super-réseaux semi-infinis

Abstract

Dans ce travail nous avons étudié des excitations élémentaires (phonons acoustiques, modes optiques, phonons-polaritons, états électroniques) de surface et d’interface, dans les super-réseaux semi-infinis à base complexe dont la période (ou la base) est composée soit de deux ou plusieurs couches solides différents soit d’une couche solide et d’une couche fluide. Ces excitations apparaissent comme des pics bien définis de densités d’états soit à l’intérieur des minigaps soit à l’intérieur des bandes de volume du super-réseau. Les densités d’états locales et totales sont obtenues à partir d’une détermination analytique des fonctions réponses (de Green ) dans ces systèmes. Dans le cas des modes acoustiques transverses, nous avons montré que la création d’un super-réseau semi infini à N couches (N>2) ou de son interface avec un substrat donne lieu, dans la variation de densité d’états, à des pics de poids (-1/4) aux limites des bandes de volume du super-réseau et du substrat. Une conséquence de cette propriété est la nécessaire existence de modes localisées de surface et de modes résonnants d’interface, afin de respecter la règle de conservation du nombre total d’états. Nous avons aussi examiné les modes acoustiques de polarisation sagittale dans des super-réseaux semi-infinis formés de deux couches solide/solides ou solide/fluide. Nous avons montré, en particulier, des règles générales sur l’existence des modes localisées et résonnants de surface dans ces structures. Un chapitre de ce mémoire est consacré à l’étude des états vibrationnels d’une bicouche adsorbée sur un substrat. Des résonances intenses ont été trouvées dans la couche superficielle, comme conséquence de sa séparation du substrat par une couche tampon. Ce problème peut aussi représenter une approche pour décrire un super-réseau fini traité dans l’approximation d’un milieu effectif. Un autre type d’excitation élémentaire dans les super-réseaux est fourni par les ondes électromagnétiques et plus spécialement les modes optiques et les phonons-polaritons. Nous Avons mis e évidence la possibilité d’existence des modes localisés et résonnants induits par les différentes inhomogénéités (surface, interface,…) introduites dans le super-réseau. Finalement, nous avons examiné les états électroniques associés à l’interface entre un super-réseau semi-conducteur à base complexe et un substrat. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle simple De Kronig-Penny caractérisé par la modulation de la masse effective et du potentiel. Nous avons montré, en particulier, que contrairement au cas des super-réseaux binaires habituels, des états de surface peuvent exister même si la dernière période du super-réseau en contact avec le substrat n’est pas perturbée (appelée, terminaison, symétrique du super-réseau)