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  Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales
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Défauts et mécanismes de déformation
Magali Benoit, Daniel Caillard, Alain Couret, Armand Coujou, Nicolas Combe, Joël Douin, Marc Legros, Colette Levade, Guy Molénat, Frédéric Mompiou, Joseph Morillo, Florence Pettinari-Sturmel, Hao Tang, Guy Vanderschaeve

A l'échelle nanoscopique, la déformation plastique des matériaux cristallins s'effectue par nucléation et mouvement de défauts dans l'arrangement périodiques des atomes. La mobilité de ces défauts, principalement des dislocations et des interfaces, est donc le facteur qui détermine les propriétés mécaniques en fonction de la contrainte et de la température. On conçoit dans ces conditions l'importance de connaître la structure des défauts, et de comprendre leurs mécanismes de déplacement.

Champ de déplacement d'un dipole de dislocations vis dans le titane
hcp en conditions periodiques, obtenu par simulation numerique.

La structure de cœur et la mobilité des dislocations et des interfaces sont étudiées par des simulations à l'échelle atomique (ab initio et semi-empiriques), et par microscopie électronique à transmission et/ou expériences de déformation "in situ" à l'intérieur du microscope. Leur comportement est ensuite modélisé à diverses échelles afin de retrouver l'origine des propriétés mécaniques à partir d'une combinaison de mécanismes élémentaires de plasticité.

Les matériaux étudiés sont des métaux et alliages, des semi-conducteurs, et des quasicristaux. Des matériaux modèles sont privilégiés pour l'étude des mécanismes élémentaires.
Une situation particulièrement intéressante est la plasticité des matériaux à petit grains ou en couches minces (plasticité en milieu confiné) où le libre parcours moyen des défauts est très réduit. Les propriétés mécaniques en sont considérablement améliorées. Enfin, comme les dislocations jouent un rôle néfaste dans le fonctionnement des dispositifs à semi-conducteurs, l'étude de leurs propriétés physiques contribue à leur élimination.


Micrographie en champ clair montrant une coupe transverse d’un film d’aluminium polycristallin de 200nm d’épaisseur, épitaxié sur du silicium. Notez la présence d’une unique dislocation dans le grain au centre de l’image.

Opérations de recherche :

Mécanismes élémentaires de plasticité – alliages métalliques, semi-conducteurs, …

Plasticité en milieu confiné

Défauts et matériaux pour l'électronique

 

Mots-clés :
Dislocations, Interfaces, Propriétés mécaniques, Déformation plastique, Simulations à l'échelle atomique, Déformation in situ, Métaux, Alliages, Semi-conducteurs, Quasicristaux

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