Caractérisation des défauts par techniques de diffraction avancées pour l'évaluation de la déformation des micro-cristaux – CharaDiff

Le projet intitulé « Caractérisation des défauts par techniques de diffraction avancées pour l'évaluation de la déformation des micro—cristaux » (CharADiff) vise à acquérir une compréhension détaillée de la mécanique des objets de faible dimension (micro et nano-cristaux) par la mise en œuvre d'une combinaison sans précédent de techniques de pointe associées à la diffraction des rayons X, ces techniques étant récentes ou spécifiquement développées pour ce projet : 1) diffraction in-situ des rayons X cohérents permettant de détecter et d'évaluer le nombre de défauts du réseau cristallin (dislocations) dans de petits cristaux de taille pendant la sollicitation mécanique; 2) micro-diffraction Laue in-situ permettant d'étudier la nature et la séquence des systèmes de glissement de dislocation activés au cours de la déformation plastique des petits objets; 3) Ptychographie post-mortem de Bragg fournissant une image 3D du champ de déplacement créé par les défauts du réseau cristallin stockés dans les objets déformés et 4) topographie ptychographique post-mortem, une nouvelle technique développée dans ce projet, pour cartographier les défauts individuels du réseau cristallin tout en restant compatible avec de futures études de déformation in-situ. Ces techniques sont appliquées à un système unique: les micro-cristaux semi-conducteurs d’InSb, d'excellente qualité cristalline initiale et dont les propriétés mécaniques ont déjà été entièrement étudiées, en faisant un système de référence robuste.
Les résultats de cette méthodologie originale sont de deux ordres:
- Le développement d'une boîte à outils combinant des techniques avancées de diffraction in-situ et post-mortem pour caractériser la déformation des objets de faible dimension (stades de déformation et stockage des défauts cristallins). Cette boîte à outils permettra d’enrichir les connaissances actuelles sur la mécanique aux petites échelles, de fournir des réponses à certaines questions encore ouvertes en science des matériaux sur les effets de la réduction de la taille des échantillons;
- L'évaluation de la complémentarité entre des techniques de diffraction parmi les plus récemment développées dans les synchrotrons, avec la perspective de repousser leur applicabilité au-delà de leur utilisation actuelle. En outre, une nouvelle technique d'imagerie non destructive sera développée, la topographie ptychographique, avec la perspective d’être compatible avec des essais de déformation in-situ.
L'impact du projet est potentiellement bien au-delà des frontières décrites ci-dessus, en particulier dans le domaine des nanotechnologies, où les techniques de diffraction des rayons X développées ici pourraient constituer des solutions non destructives pour évaluer la qualité cristalline des cristaux de petite dimension qui sont les constituants des dispositifs miniaturisés, permettant ainsi des diagnostics quantitatifs et de l'ingénierie des défauts.
Pour garantir le succès de ce projet de 36 mois, un consortium bien pensé d'experts Français et Suisses a été mis en place, avec une forte complémentarité dans les domaines expérimentaux et théoriques (notamment de la simulation) de la science des matériaux et de la diffraction. Un total de 86,4 personnes-mois sera déployé par le consortium, avec neuf personnels permanents et deux post-doctorants.