SIMulation à l'échelle atomique des DIslocations dans les Matériaux: approches ab initio et semi-empirique – SIMDIM

Les dislocations, des défauts étendus présents dans quasiment tous les systèmes cristallins, sont - des facteurs essentiels pour la compréhension des propriétés plastiques des matériaux. Dans cette - optique, leur mobilité, et de la façon dont celle-ci est modifiée par la présence de défauts ponctuels, - impuretés, interfaces et surfaces, doit être déterminée. Les dislocations jouent également un rôle - important dans le domaine des matériaux semiconducteurs (dispositifs nanostructurés, plots et puits - quantiques), étant donné que leur présence peut aussi complètement modifier les propriétés - électriques. Une connaissance parfaite des caractéristiques intrinsèques des dislocations (structure, - stabilité, mobilité, formation, multiplication) de même que des caractéristiques extrinsèques - (interaction avec les impuretés, défauts ponctuels, joints de grains,...) est donc essentielle pour - comprendre parfaitement le comportement des matériaux sous contrainte. Pour une classe donnée - de matériaux, comme par exemple les métaux fcc ou les semiconducteurs à structure zinc-blende, - les dislocations ont souvent des caractéristiques communes. Actuellement, les études de dislocations - concernent principalement les métaux bcc, les composés intermétalliques, et les matériaux covalents - (isolants et semiconducteurs). - D'un point de vue théorique, les dislocations sont difficiles à modéliser, car elles nécessitent à la - fois une caractérisation atomistique précise du coeur de la dislocation, et la description du champ de - déformation à longue portée qui lui est associé. L'état de l'art actuel consiste à utiliser des méthodes - ab initio combinées avec techniques spécifiques permettant l'emploi de conditions aux limitespériodiques ou fixes. Cependant, du fait de la limitation en taille des systèmes de simulation, les - recherches actuelles sont souvent restreintes aux propriétés de structure et de stabilité de - dislocations isolées, alors que les directions de recherche prometteuses concernent plutôt la mobilité - et la structure électronique des dislocations, et en particulier l'effet des impuretés. - Dans ce projet, nous nous proposons de réaliser des simulations de dislocations dans des - systèmes présentant un intérêt fondamental et technologique, en utilisant les techniques et méthodes - de l'état de l'art. En particulier, nous étudierons l'influence des impuretés sur les propriétés des - dislocations en volume (stabilité, mobilité, luminescence), et également dans des systèmes de - dimensions nanométriques où les dislocations peuvent jouer un rôle important sur les propriétés - électroniques (dislocations de misfit à l'interface) et mécaniques (formation de dislocation à partir des - surfaces). Pour les dislocations en volume, chacun des groupes du projet s'intéressera à une classe - de matériaux particulière (fer-± et Zr, Ti et les alliages intermétalliques, GaN, Si et SiC), en mettant - en commun avec les autres groupes les résultats et les techniques utilisées. En particulier, nous - envisageons d'implémenter une nouvelle méthode permettant l'utilisation de conditions aux limites - flexibles. Tous nos travaux devraient bénéficier de cet échange entre groupes, en évitant d'une part - les pièges associés à l'utilisation des techniques spécifiques pour la modélisation des dislocations, et - en utilisant les connaissances acquises dans un cas pour toutes les autres classes de matériaux - d'autre part. En ce qui concerne les dislocations dans des systèmes de basse dimensions, des - études spécifiques seront effectuées en commun entre deux groupes ou plus. - Les résultats attendus sont des avancées majeures dans la compréhension fondamentale des - propriétés des dislocations, et en particulier comment les impuretés peuvent modifier la structure - atomique et électronique des coeurs, et par extension, la mobilité et les propriétés électroniques. Les - matériaux proposés (fer, alliages inter