Capture de l'atome d'hydrogène incident

La capture d'un atome d'hydrogène sur la surface de l'agrégat peut avoir des effets variables. Dans le cas le plus simple, nous disposons initialement d'une liaison pendante qui peut être utilisée pour faire une liaison Si-H sur la surface de l'agrégat. La formation de cette liaison cause un échauffement local qui peut induire des mouvements au niveau de l'atome de silicium accepteur et créer un phonon dans l'agrégat. En visualisant la variation de la vitesse quadratique moyenne des atomes de l'agrégat, nous pouvons voir apparaître un phénomène de battements (Fig 5.1).

Figure 5.1: Le battement observé est une manifestation de couplage entre modes de vibrations après la capture d'un atome d'hydrogène.

Ce phénomène de battements peut s'expliquer par le passage périodique d'un phonon entre une vibration latérale et longitudinale dans l'agrégat. La différence entre la largeur et la longueur de l'agrégat implique une différence dans la fréquence des deux modes de vibration. Ainsi, un couplage entre ces deux modes de vibration provoque un phénomène de battements observable dans la vitesse quadratique moyenne des atomes de l'agrégat. Nous voyons apparaître ce battement uniquement dans le cas d'une capture par un atome de silicium déjà lié à un atome d'hydrogène. Ainsi, nous supposons que, faute de liaison pendante disponible, une liaison de faible énergie dans la partie amorphe de l'agrégat peut se rompre entre des atomes de silicium. Cette rupture de liaison change brutalement les distances inter-atomiques entre l'atome accepteur et les atomes de silicium voisins. Ainsi, ce changement de distance inter-atomique modifie de proche en proche les valeurs des potentiels ressenties par les voisins et une vibration (un phonon) est créée.
Ce processus représente par contre une faible proportion. La plupart du temps, les variations dans la vitesse quadratique moyenne des atomes sont totalement erratiques. Seuls 1 à 2 $\%$ des agrégats ont une structure suffisamment asymétrique, et possèdent des atomes de silicium de surface qui permettent de voir ce genre de comportement.

Un autre phénomène remarquable, observé dans notre étude des trajectoires menant à la capture d'un atome d'hydrogène, est l'apparition d'un mode local de vibration de la liaison formée entre l'atome d'hydrogène incident et l'un des atomes de silicium de la surface de l'agrégat. En effet environ un tiers des captures d'hydrogène atomique sur un des atomes de silicium de l'agrégat forme une liaison Si-H présentant une vibration qui peut durer entre 5 et 10 picosecondes avant de transférer de l'énergie au reste de l'agrégat. Ce comportement est très différent du reste des trajectoires où l'énergie est transférée au reste de l'agrégat en moins d'une picoseconde. Ce mode de vibration localisé, si particulier, apparaît lorsque l'atome de silicium récepteur de l'atome d'hydrogène incident possède plusieurs liaisons pendantes. Nous pouvons peut-être expliquer ce phénomène en pensant au fait que l'atome de silicium peut accepter cet atome d'hydrogène incident sans avoir besoin de prendre des électrons qui participent déjà à la cohésion de la structure. La grosse différence de masse entre l'atome d'hydrogène et le reste de l'agrégat provoque un faible couplage entre l'atome de silicium accepteur et l'atome d'hydrogène incident qui s'est fixé. Dans le cas contraire, si un électron participant à une autre liaison est nécessaire pour former la nouvelle liaison, des vibrations vont apparaître dans l'agrégat et le couplage sera plus fort. En conséquence, l'énergie de la vibration locale de Si-H va relaxer plus vite vers l'agrégat.

Ainsi, pour voir apparaître des vibrations, ordonnées ou pas, il faut que l'agrégat modifie des liaisons entre les atomes de silicium en surface et les atomes de silicium du coeur de l'agrégat.