DOI: 10.1051/jp1:1994225
J. Phys. I France 4 (1994) 1843-1853

A theoretical study of step bunching dynamics in the presence of an alternating heating current

B. Houchmandzadeh¹, C. Misbah¹ and A. Pimpinelli<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Spectrométrie Physique, Université Joseph Fourier (Grenoble I) & CNRS, B.P. 87, 38402 Saint-Martin d'Hères Cedex, France
²  CEA/Départment de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, SPSMS/MDN, Centre d'Etudes Nucléaires de Grenoble, 17 avenue des Martyrs, 38054 Grenoble, France

(Received 31 May 1994, accepted in final form 8 September 1994)

Abstract
We analyse theoretically the influence of an alternating electric current on step dynamics during sublimation of a vicinal surface. We explain quantitatively why in previous experiments the application of an alternating current left the vicinal surface unaffected, i.e. no step-bunching. This is due to the fact that the excitation period used is much lower than the intrinsic time scale for the cooperative phenomenon that leads to step-bunching. Our analysis suggests that step-bunching should be present, for Si(111) at 1250  C, at a frequency of about 1 Hz. This should manifest itself by a bunching-debunching process in the course of time. The détermination of the excitation frequency above which this process no longer exists should give access to the strength of the electromigration force The proposed experiment should also constitute a crucial test of the electromigration hypothesis. Discussions of some unresolved puzzles together with outlooks are presented.

Résumé
Nous analysons théoriquement l'influence d'un courant alternatif sur la dynamique des marches durant la sublimation de la surface vicinale d'un cristal. Nous expliquons l'absence d'instabilité de mise en paquet des marches dans des expériences récentes utilisant un courant alternatif Ceci est attribué au fait que la période du courant est beaucoup plus petite que le temps nécessaire au developpement de l'instabilité. Notre analyse montre qu'un tel phenomène peut se manifester, dans le cas du Si(111) à 1250  C, à des fréquences autour de 1 Hz. Il devrait se présenter comme une alternance dans le temps entre une situation où les marches sont mises en paquet et celle où elles sont régulièrement espacées. La détermination de la fréquence critique au-delà de laquelle l'instabilité disparaît permet une mesure directe de la force électrique qui est supposée s'excercer sur les adatomes. L'expérience proposée est une vérification cruciale de la validité de l'hypothèse d'électromigration. Les points actuellement controversés de ce modèle ainsi que des perspectives seront discutés.

© Les Editions de Physique 1994