Modélisation numérique d'interFACEs développées pendant la croissance crisTalline : prédiction de la stabilité des faces, à partir de leurs énergies de surface et coefficients cinétiques, en fonction des conditions de croissance – FACET

L'objectif de ce projet est de construire un modèle de champ de phase et un code de simulation pouvant décrire la forme des cristaux à partir de données d’énergie d'interface anisotrope ?_(hkl)^SL et de vitesse de croissance Rhkl. L’objectif final de ce projet est d’améliorer la compréhension des procédés de croissance cristalline afin de réduire le large fossé qui existe encore aujourd’hui entre l’expérience et la théorie dans ce domaine.
Dans une première étape, cette étude sera centrée sur la croissance en solution du composé modèle KH2PO4. Pour ce faire, l’un des partenaires de ce projet (LPMC) développera des modèles de champ de phase (PF) incorporant une relation non linéaire entre la force motrice (sursaturation de la solution) et la vitesse de croissance de l’interface. Parallèlement, les deux autres partenaires (IN, CINaM) détermineront un ensemble complet de valeurs expérimentales. (?_(hkl)^SL, Rhkl, paramètres physicochimiques des solutions de croissance) nécessaire afin de "nourrir" ce modèle. Au cours de la période de développement des modèles de champ de phase, une boucle de rétroaction continue entre simulation et expériences aura lieu afin de valider et d'affiner le choix des fonctions du modèle (relation non linéaire).
Ces modèles seront testés et étendus à la simulation d'autres cristaux: un cristal organique (paracétamol sur la plate-forme micro-fluidique du CINaM) et un cristal inorganique (KTiOPO4 obtenu par la méthode de croissance en solution à haute température à l’IN). Chacun de ces travaux autorisera des ajouts au modèle PF adressant des problématiques spécifiques. Le composé organique paracétamol, présente des formes de croissance fortement influencées par les solvants. Le composé inorganique KTiOPO4, quant à lui, présente une transition rugueuse à haute température encore non parfaitement élucidée. D'un point de vue fondamental, ainsi que pour des applications pratiques, il est extrêmement important de simuler la variation des formes de croissance en fonction de paramètres physico-chimiques tels que la viscosité ainsi que de déterminer l’existence de températures de rugosité sur des faces cristallines données. En résumé, les simulations de PF nous permettront d’obtenir une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu dans le développement des facettes à l’équilibre thermodynamique ou des formes cinétiques lors de croissances.
Ce projet renforcera également la collaboration entre deux équipes IN et CINaM, qui ont une longue expérience des processus de croissance des cristaux, et initialisera une collaboration avec LPMC, ce qui se traduit par donner à la communauté de la croissance cristalline un accès à la communauté de modélisation par PF. Disposer de modèles de PF capables de simuler les processus de croissance cristalline est d’une grande importance pour diminuer les temps de mise au point expérimentaux et aura un impact économique d’intérêt industriel.
Une valeur ajoutée de ce projet est que, en cas de succès, le code de simulation sera mis à la disposition sous la forme d’un « open source », accompagné d'un manuel d'utilisation. Il sera extrêmement bénéfique pour la croissance de nombreux cristaux d’importance technologique (par exemple, les pérovskites hybrides organiques-inorganiques, les nouveaux matériaux piézoélectriques, les produits pharmaceutiques, …).