3 octobre 2022

Nous avons déformé au CEMES des échantillons de niobium à -170°C dans un microscope électronique, et observé en temps réel les mécanismes microscopiques correspondants. Certains d’entre eux correspondent au « glissement anomal » reporté il y a 50 ans, mais jamais élucidé à l’échelle microscopique. Des simulations atomiques faites au CEA corroborent les observations et permettent de comprendre la fréquence du phénomène dans les différents métaux cubiques centrés.

La résistance mécanique et la contrainte de déformation des cristaux sont contrôlées par le mouvement des dislocations, défauts linéaires qui transportent chacun un cisaillement d’amplitude égale à une distance inter-atomique. Alors que, dans la plupart des cristaux, les dislocations se déplacent dans les plans cristallographiques où la contrainte motrice est la plus forte, la situation est plus complexe dans les métaux de structure cubique centrée (CC), où les dislocations peuvent glisser dans des plans beaucoup moins sollicités à basse température. Ce glissement dit « anomal » a été observé pour la première fois en 1969, mais son origine n’a jamais été élucidée.

En réalisant des expériences de déformation « in situ » à l’intérieur d’un microscope électronique à transmission, nous pouvons observer le mouvement des dislocations en temps réel et déterminer toutes leurs propriétés sous contrainte. Nous montrons ici que dans du niobium déformé à -170°C, le glissement anomal est dû au mouvement extrêmement rapide (plusieurs ordres de grandeur supérieur à celui des dislocations individuelles) d’un assemblage de 4 dislocations appelé multi-jonction.

Bien que la théorie de l’élasticité prédit que ces multi-jonctions doivent être instables dans les métaux faiblement anisotropes, comme le tungstène, notre étude montre qu’elles peuvent exister dans des conditions dynamiques, en accord avec l’existence du glissement anomal dans presque tous les métaux CC, y compris le tungstène.

Publication :
Anomalous slip in body-centred cubic metals
Daniel Caillard, Baptiste Bienvenu, and Emmanuel Clouet
Nature, 609, 936 (2022)
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05087-0

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Daniel Caillard | daniel.caillard[chez]cemes.fr