Modélisation des matériaux et de leurs défauts

Modélisation des matériaux et de leurs défauts
Organisateurs:
Laurent Pizzagalli
LMP - UMR 6630
SP2MI, BP 30179,
86962 Futuroscope Cedex
[email protected]
Tel: 05 49 49 68 33
Joel Douin
CEMES – UPR 8011
29 rue J. Marvig, BP 4347,
31055 Toulouse Cedex 4
[email protected]
Tel: 05 62 25 78 73
Joseph Morillo
CEMES – UPR 8011
29 rue J. Marvig, BP 4347,
31055 Toulouse Cedex 4
[email protected]
Tel: 05 62 25 79 85
La modélisation occupe une place de plus en plus importante dans la recherche en physique de
la matière et des matériaux. Ceci s'explique non seulement par l'amélioration continuelle des
performances des calculateurs, mais aussi par la disponibilité de nouveaux codes et techniques de
calculs. Il est désormais possible de déterminer les propriétés d'une large gamme de matériaux
avec une précision suffisante pour être confrontée à l'expérience, à la fois à une échelle
microscopique (méthodes ab initio, liaisons fortes, potentiels empiriques) mais aussi méso et
macroscopique (méthodes stochastiques, dynamique de dislocations, champ de phase).
Exemple 1: configuration
d'une interface SiC/Si(001)
déterminée ab initio
(L. Pizzagalli et al)
Les configurations et mécanismes étudiés sont également de plus en plus éloignés de systèmes
idéalisés, et permettent désormais d'aborder des matériaux complexes comportant des défauts de
structure nombreux et variés (défauts ponctuels et linéaires, précipités, joints de grains, interfaces,
surfaces,...). Dans de nombreux cas, les simulations complètent avantageusement les expériences,
par exemple en permettant l'identification des défauts importants ou bien par la détermination de
quantités et propriétés inaccessibles expérimentalement.
Utile d'un point de vue fondamental, la modélisation et les simulations numériques sont
également largement employées pour l'étude de matériaux ayant un fort potentiel applicatif.
Impossible de ne pas citer par exemple les matériaux comportant une ou plusieurs dimensions à
l'échelle nanométrique (nanomatériaux, nanoparticules, nanotubes,...). Un autre exemple de
matériaux dits avancés est donné par les superalliages métalliques, au potentiel intéressant dans le
domaine aéronautique. D'autres classes de matériaux comme les oxydes sont également de plus
en plus étudiés, du fait de la recherche de matériaux à haute constante diélectrique dans le cadre
de la miniaturisation en microélectronique.
Exemple 2: Simulation champ
de phase d'un superalliage
AM3
(A. Finel)
En ce qui concerne les méthodes utilisées en modélisation des matériaux, les techniques que
l'on peut qualifier de traditionnelles (ab initio, potentiels empiriques) occupent toujours une place
centrale. Indépendamment, des méthodes spécifiques ont été développées pour des applications
ou des échelles bien particulières (champ de phase, dynamique de dislocation). Récemment, des
efforts importants ont été entrepris dans le but de réaliser des simulations pouvant prendre en
compte plusieurs échelles spatiales ou temporelles. Ces modélisations multiéchelles reposent sur
l'utilisation conjointe de plusieurs types de méthodes, comme par exemple des simulations
Monte-Carlo cinétique utilisant un catalogue d'évènements déterminés ab initio.
Le but de ce mini-colloque est de réunir les différents groupes étudiant les matériaux et leurs
défauts par des méthodes de simulation numérique, de l'atome à l'échelle mésoscopique. L'accent
sera mis sur l'aspect structure atomique des matériaux, en relation avec leurs propriétés. Il sera
ainsi possible de réaliser l'état de l'art dans ce domaine, et de faire le point sur les développements
méthodologiques les plus récents.
Mots clés:
Simulations, ab initio, potentiels empiriques, champ de phase, multi-échelle, matériaux avancés,
nanostructures, défaut ponctuel, dislocation, interface, surface, joint de grains