CE08 - Matériaux métalliques et inorganiques et procédés associés

Ptychographie 3D de Bragg : Développements pour les films minces métalliques nano-maclés – PtyMet

Résumé de soumission

Le développement de circuits électroniques sur des supports étirables permettrait de renouveler de nombreux secteurs industriels, notamment ceux de l’électronique flexible ou des transports. Il nécessite d’élaborer et de caractériser des matériaux présentant une faible résistivité électrique, une forte résistance mécanique et des capacités de mise en forme élevées. Les métaux nano-maclés possèdent ces propriétés, grâce à des interfaces abondantes et structurées : les joints de macles. À l’Institut P’, nous savons élaborer des monocristaux nanomaclés d’or. Le projet vise à caractériser à l’échelle nanométrique ces interfaces dans des couches minces, et à anticiper leur rôle sur les propriétés mécaniques et électriques. Pour ce faire, nous voulons développer une technique de microscopie utilisée jusqu’ici sur des matériaux modèle : la ptychographie de Bragg. Cette technique, basée sur un faisceau cohérent de rayons X, devrait rapidement connaître des progrès significatifs dus aux avancées actuelles sur les sources de radiation synchrotron ou de lasers à électrons libres. La ptychographie de Bragg permet une caractérisation du champ de déformation et des défauts dans un cristal à l’échelle nanoscopique. C’est une méthode tridimensionnelle, non-invasive, ne nécessitant aucune préparation de l’échantillon, et applicable à des films de quelques nanomètres à quelques micromètres d’épaisseur. J’ai grandement participé à son développement sur les matériaux modèles (cristaux semi-conducteurs ou bio-minéraux), et souhaite maintenant élargir les applications de la technique aux métaux.

Nous souhaitons donc optimiser les techniques de dépôts afin d’élaborer des films minces monocristallins avec une microstructure idéale pour les propriétés mécaniques et électriques : des nano-macles, de taille et de densité contrôlées, un minimum de dislocation et d’impureté. Ces échantillons seront caractérisés par ptychographie de Bragg, et les résultats seront confrontés à des simulations atomistiques (dynamique moléculaire), qui donneront le champ de déformation intrinsèque à la microstructure visée. Enfin, en transférant ces films sur des substrats souples, des essais de déformation seront réalisés, en mesurant in-situ la résistivité électrique, la contrainte dans le film (par diffraction des rayons X classique) et la déformation du substrat.

Ce projet cherche donc à développer la méthode de ptychographie de Bragg, mise au point lors de mes stages post-doctoraux, sur des échantillons étudiés dans mon laboratoire d’accueil (films minces métalliques sur substrats polymériques). Il réunit des personnes réparties sur trois équipes différentes du laboratoire : j’ai en effet rassemblé autour de moi des spécialistes de simulations atomistiques (S. Brochard et J. Durinck), des propriétés mécaniques (P.O. Renault) et électriques (S. Hurand) à l’échelle macroscopique et des dépôts par voies physiques (M. Drouet). Un groupe transverse sera créé afin de pérenniser ces nouvelles collaborations. Enfin, ce projet a pour but de servir de tremplin à un autre projet de type PRC ou ERC, dans lequel nous souhaitons, sur les mêmes matériaux, suivre in-situ et localement l’évolution de la microstructure lors d’un essai mécanique. Nous aurons alors une vision multi-échelle (atomique par dynamique moléculaire, nanométrique par ptychographie de Bragg, macroscopique par diffraction classique et mesures de résistivité électrique) des modes de déformation de ces films minces prometteurs.

Coordinateur du projet

Monsieur Pierre GODARD (Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Pprime Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique

Aide de l'ANR 229 880 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2020 - 48 Mois

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