Rˆ ole de la vitesse de d´eformation

Une autre grandeur, en lien avec la relaxation thermique est la vitesse de d´eformation. En effet, en d´eformant tr`es vite, les atomes Si n’ont pas le temps de reformer des liaisons avec leurs voisins, menant `a l’accentuation des tranch´ees et la diminution progressive de la contrainte d’´ecoulement (cf partie II.3.2). Or dans les simulations de DM les vitesses de d´eformation sont environ 108− 1012 fois plus grandes qu’exp´erimentalement. Avec les moyens de calcul disponibles, nous pourrions au mieux diminuer ce facteur de quelques ordres de grandeur, ce qui aurait un impact probablement n´egligeable. De plus, les temps de relaxation des amorphes sont plus longs que la plupart des autres mat´eriaux.

Figure. II.13 –Evolution de la contrainte nominale du NF-AuSi pendant un recuit thermique de 3 ns `a 300 K. Les deux structures initiales (`a 0 ns) sont le NF-AuSi `a ǫ =30 % pendant le premier cycle et le NF-AuSi `a ǫ =30 % pendant le sixi`eme cycle.

Pour contourner ce probl`eme, nous avons relax´e deux configurations correspondant au NF-AuSi `a ǫ = 30 % pendant le 1er cycle et le 6eme cycle, `a 300 K pendant 3 ns mais sans appliquer de d´eformation. Ceci dans le but d’investiguer la relaxation avec une d´eformation infiniment lente (en l’occurence nulle). La figure II.13 montre l’´evolution de la contrainte dans le NF-AuSi en fonction du temps, pour les deux configurations. A la fin des 3 ns, les contraintes axiales sont r´eduites de 45 % et 32 % pour les cycles 1 et 6, respectivement. Pour aller plus loin, nous avons extrapol´e les deux courbes (via une fonction exponentielle d´ecroissante) `a un temps comparable `a l’exp´erimental, soit 1 s. La contrainte initialement ´egale `a 2.95 GPa (2.2 GPa) pour le premier (sixi`eme) cycle est extrapol´ee `a 1.63 GPa (1.38 GPa). La diff´erence de contraintes entre le premier et le sixi`eme cycle, qui passe de 0.75 GPa `a 0.25 GPa, est significativement r´eduite.

Pour apporter des ´el´ements suppl´ementaires en faveur de la mauvaise relaxation de la coquille, nous avons trac´e l’´energie par atome en fonction de la distance radiale `a la fin de chaque cycle, donc `a ǫ = 0 (figure II.14(a)). Nous voyons que l’´energie de la coquille augmente plus pendant le premier cycle que pendant les suivants. Nous voyons ´egalement que l’´energie du coeur d’or reste constante en fonction du nombre de cycles effectu´es. Nous avons ´egalement effectu´e un recuit de 3 ns `a 300 K `a la fin du premier cycle `a ǫ = 0 % puis nous avons trac´e l’´energie par atome en fonction de la distance radiale `a diff´erents instants de la relaxation (figure II.14(b)). L’ensemble de ces ´el´ements montre que c’est l’´energie de la coquille qui diminue au cours du temps et au cours du cyclage (l’´energie du coeur d’or reste quasiment constante). Cet ensemble d’analyses montre donc que la vitesse de d´eformation joue indirectement un

Figure. II.14 –(a) Variation de l’´energie par atome en fonction de la distance radiale dans le NF-AuSi `a 300 K. (b) Recuit thermique de la structure `a la fin du premier cycle (ǫ =0 %).

rˆole sur la perte de r´eversibilit´e du NF-AuSi au cours des cycles en limitant le temps de relaxation de la coquille de silicium.

II.5

Conclusions

En conclusion de ce chapitre, nous retiendrons plusieurs ´el´ements :

— L’´etude de la d´eformation du nanofil d’or, qui joue le rˆole de r´ef´erence pour ´etudier l’influence de la coquille, met en avant plusieurs r´esultats. En particulier, on voit que les courbes contrainte- d´eformation des diff´erents cycles sont presque superpos´ees (hormis la premi`ere traction). Cela montre que la d´eformation semble ˆetre r´eversible au cours des cycles. Les m´ecanismes de d´eformation plastique pendant la traction sont (1) la croissance d’une macle unique puis (2) le glissement parfait au niveau du joint de macle sup´erieur. En compression, le nanofil commence par ˆetre d´emacl´e puis rentre dans un r´egime de glissement parfait.

— Mˆeme si les courbes sont superpos´ees et si les d´efauts cristallographiques en volume sont gu´eris `

a la fin de chaque cycle (comportement de pseudo-´elasticit´e), on voit que la surface du NF-Au est de plus en plus rugueuse. La d´et´erioration progressive de la morphologie du NF-Au m`enerait peut-ˆetre `a une perte de r´eversibilit´e si on augmentait le nombre de cycles effectu´es.

— La d´eformation cyclique du NF-AuSi permet de montrer l’influence de la coquille de silicium. En particulier, on voit que l’interface coeur-coquille d´elocalise la plasticit´e le long du fil en raison des nombreux d´efauts qu’elle cr´e´ee et qui facilitent la nucl´eation des dislocations. Cette d´elocalisation permet de pr´eserver la structure du coeur et par cons´equent d’augmenter la r´eversibilit´e de la d´eformation du coeur. Cependant, on voit sur les courbes contrainte-d´eformation que la contrainte d’´ecoulement diminue en augmentant le nombre de cycles effectu´es. Cela t´emoigne d’une perte de r´eversibilit´e. Nous avons montr´e que cette chute de contrainte est li´ee `a la d´egradation de la coquille via la cr´eation de tranch´ees. Nous avons montr´e qu’il est possible de pr´eserver le caract`ere r´eversible en limitant l’amplitude de d´eformation.

— Nous pensons que la cr´eation des tranch´ees est li´ee `a la vitesse de d´eformation choisie, qui est ´enorme comparativement aux vitesses de d´eformation exp´erimentales. En effet, en d´eformant aussi vite, les atomes de la coquille n’ont pas le temps de migrer, ce qui empˆeche la gu´erison des d´efauts pendant la traction et la compression. Exp´erimentalement, on s’attend alors `a ce que (1) la plasticit´e reste d´elocalis´ee dans le coeur et que la d´eformation du coeur reste r´eversible, (2) que la structure de la coquille soit mieux pr´eserv´ee au cours des cycles en raison d’une d´eformation bien plus lente, donc d’une meilleure relaxation thermique et (3) que la structure globale gagne en r´eversibilit´e.

Mod´elisation et caract´erisation structurale de

syst`emes d’or nanoporeux

Sommaire

II.1 Mod´elisation et m´ethodes de simulation des nanofils . . . . 37

II.1.1 Mod´elisation du NF-Au . . . 38 II.1.2 Mod´elisation du NF-AuSi . . . 38

II.2 Nanofil Au . . . . 39

II.2.1 1er _{cycle . . . . 40}

II.2.2 Influence du cyclage . . . 42

II.3 Nanofil AuSi . . . . 43

II.3.1 1er _{cycle . . . . 43}

II.3.2 Influence du cyclage . . . 45 II.3.2.1 Courbe σ − ǫ et m´ecanismes de d´eformation . . . . 45 II.3.2.2 R´epartition de la contrainte au cours des cycles . . . 45 II.3.3 Influence de la temp´erature . . . 46 II.3.4 Influence de la d´eformation maximale . . . 47 II.3.5 Influence de l’´epaisseur de la coquille . . . 48

II.4 Discussions . . . . 50

II.4.1 Singularit´e du premier cycle . . . 50 II.4.2 Affaiblissement de la coquille - Diminution de la contrainte d’´ecoulement . . . . 50 II.4.2.1 Formation des tranch´ees . . . 50 II.4.2.2 Rˆole de la temp´erature . . . 50 II.4.2.3 Rˆole de la vitesse de d´eformation . . . 52

Dans ce chapitre, nous d´etaillerons dans un premier temps la m´ethode originale d´evelopp´ee pour mod´eliser l’Au-NP. Ensuite, nous d´efinirons quelques grandeurs utiles `a la caract´erisation structurale et nous comparerons les valeurs obtenues pour nos mod`eles avec celles de la litt´erature. Puis nous discuterons de certains choix faits pour la mod´elisation et la caract´erisation avant de conclure.

III.1

M´ethode de mod´elisation de l’or nanoporeux