ANR-DFG - Appel à projets générique 2018 - DFG

Structure, dynamique et propriétés électroniques de cristaux aperiodiques – Aperiodic

Nous avons choisi d'étudier cinq systèmes différents en combinant expériences et simulations. Les cinq systèmes sont les ondes de densité de charge dans les bronze de tungstène, la phase incommensurable Rb2ZnCl4, le composite incommensurable SrTiS3 , le quasicrystal dodecagonal BaTiO3 et les quasicristaux CdYb de type Tsai. Cinq doctorants sont impliqués dans le projet (trois dans chacun des trois partenaires en Allemagne et deux avec les partenaires Français.Tous les doctorants ont un contact avec un co-superviseur ce qui assure une bonne collaboration entre les équipes. Plus précisément nous donnons ci-dessous la liste des systèmes étudiés et les partenaires impliqués:
- CDW: CRISMAT, SIMaP, Bayreuth Univ.
- Rb2ZnCl4: Univ Bayreuth, SIMaP, CRISMAT
- SrTiS3: Univ Bayreuth, SIMaP, CRISMAT
- BaTiO3 Oxide: Halle Univ., SIMaP, Erlangen Univ.
- Atomic Scale simulation: Erlangen Univ, Halle Univ, SIMaP.

La collaboration multi-partenaires sur les différents projet assure que l'expertise est utilisée pour l'ensemble du projet. Ceci inclus la synthèse des échantillons, la détermination de la structure très fine avec des instruments de laboratoires et des centres de rayonnement synchrotron, les mesures de propriétés physiques, l'étude de la dynamique par diffusion inélastique ds rayons x et des neutrons, et des simulations à l'échelle atomique.

Nous donnons ci-dessous un résumé des résultats obtenus:
- Ondes de densité de charge: Des monocristaux AuTe2 ont été synthétisés. La magnéto-résistance et l'effet Hall ont été mesurés. Une étude systématique du transport dans les ODC Tungstène bronze a étét entreprise.
- Phase incommensurable Rb2ZnCl4. Des mono-cristaux (jusqu'à 1cm3) ont été synthétisés pour être utilisés en diffraction ds X et ds neutrons. La dépendance e température de la structure a été étudiée au synchrotron Petra III pour des T entre 20 et 350K. Les différentes transitions de phases ont été caractérisées et la modélisation de la phase incommensurable et so,n évolution avec T est en cours. La dynamique des différentes phases a été étudiées par diffusion inélastique des neutrons.
- SrTiS3 composite incommensurable. Des mono-cristaux ont été synthétisés et caractérisés par diffraction X. Ils ont été utilisés pour ds mesures de diffusion diffuse et de diffusion inélastique des rayons X.
- BaTiO3 QC et approximants. Pour ele quasicrsytal et un approximant à grande maille des mesures de diffraction par rayon x-synchrtron ont été réalisées permettant une détermination complète des deux phases.
- Simulation à l'échelle atomique. Un modèle de phase dodecagonal quasicristallin est étudié par dynamique moléculaire. Le modèle est motivé par le pavage observé dans la phase BaTiO3 sur un substrat Pt. En variant la température et un potentiel externe Pt-PT de nombreuses phases approximantes et fluides solides ont été synthétisées. La caractérisation de ces phases inclu le paramètre d'ordre, la stabilité et la formation de pavage. De nombreuses phases dodecagonales ont été observées pour des potentiel de force moyenne et des phases chirales sont observées dans le régime des interactions fortes.

Nous avons programmé la fin du projet suivant:

CDW: Charactérisation et dynamique de AUT2 et de la solution solide Au1-XAgxTe2. (PO2)4(WO3)2m Tungstene Bronze: suivit des taches de modulations et influence de l'ordre m. Unpost-doc travaille de manière conjointe avec le doctorant.
Rb2ZnCl4: Solution structurale à différentes T et dans la phase locked-in. Dépendance en T de la forme de la modulation. Analyse des données de diffusion inélastique des neutrons/ Modélisation par DFT.
SrTiS3: Structure solution à RT. Analysis of inelastic x-ray data. T evolution à haute T. Simulation à l'échelle atomique.
BaTiO3: Structure solution de la phase approximante et du quasicrystal. Détermination de l'influence des phasons. Simulation à l'échelle atomique.
CdYb Tsai QC. Evaluation des fluctuations de phasons et modélisation.
Simulation à l'échelle atomique: Calcul de l'énergie libre d'approximants et de quasicristaux soumis à un fort potentiel externe. Dynamique de phasons des phases chirales obtenues à fort potentiel.

Non disponible

Résumé de soumission

Les cristaux apériodiques sont des matériaux ordonnés à longue distance mais sans périodicité. Ils comprennent les structures modulées incommensurables, les cristaux composites incommensurables et les quasicristaux. On les trouve dans une très grande variété de systèmes, allant des éléments aux protéines. Bien que des progrès ont été réalisés pour la compréhension de leurs structures fascinantes, l’effet de l’ordre apériodique sur les propriétés physiques est largement non exploré. L’objectif du projet est de fournir une compréhension de la relation entre l’ordre apériodique et les propriétés physiques, en particulier pour les interrelations entre les degrés de libertés des phonons, phasons et électrons. En effet les modes de phasons sont des modes diffusifs caractéristiques de l’ordre apériodique, mais dont les relatons avec la dynamique de réseau et les propriétés électroniques ne sont pas bien comprises. Pour aller au delà de la compréhension actuelle a effort collaboratif est proposé dans ce projet. Six équipes renommées avec des expertises complémentaires dans le domaine des crustaux apériodiques, aussi bien expérimentales que théoriques, focaliseront leurs recherche sur les trois aspects structure atomique, dynamique de réseau et modes de phasons, et propriétés électroniques. Grace à l’étude de cinq systèmes sélectionnés parmi les différentes familles de cristaux apériodiques, nous visons une compréhension globale de l’ordre apériodique. Nous utiliserons les nouvelles possibilités des grands instruments et complèterons l’étude expérimentale par des simulations à l’échelle atomique avec une approche DFT ou avec des Hamiltonians modèles.
Les systèmes étudiés sont : (i) Les bronzes de phosphate tungstène qui forment des ondes de densité de charges 2D ; (ii) Rb2ZnCl4 comme un exemple de phase modulée incommensurable pour laquelle pour la première fois les modes de phasons pourront être étudiés lorsque la modulation passe d’une composante harmonique à une composante fortement anharmonique ; (iii) le composite incommensurable [Sr]1+x[TiS3], qui présente un grand degré d’ordre structural ; (iv) la phase d’oxyde quasicristallin dodécagonale 2D , où les sauts de phasons peuvent se résoudre à l’échelle atomique ; (v) la famille des quasicristaux icosaédrique de type Tsai.
Ce projet ambitieux rassemblera les compétences de trois équipes françaises et trois équipes allemandes. Six doctorants travaillant en étroite collaboration traiterons de ce problème complexe. Les échanges entre les doctorants, les expériences collaboratives, et la coopération étroite avec la théorie et la simulation parmi ces 6 équipes Franco-Allemandes, permettrons une approche cohérente et garantirons une expertise large couvrant l’ensemble des aspects des cristaux apériodiques. Cela amènera un éclairage nouveau sur les cristaux apériodiques et leurs propriétés spécifiques qui pourrait permettre de nouvelles applications dans le domaine des conducteurs ioniques, des supraconducteurs haute-Tc, le transport électronique et thermique, et les matériaux thermoélectriques.

Coordination du projet

Marc De Boissieu (Sciences et Ingénierie, Matériaux, Procédés)

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

FAU Institute for multiscale simulation, University of Erlangen.
UHW Surface Science Group, University of Halle-Wittenberg
Univ Bayreuth Crystallography Lab, Univ Bayreuth
INEEL Institut Néel
CRISMAT LABORATOIRE DE CRISTALLOGRAPHIE ET SCIENCES DES MATERIAUX
SIMaP Sciences et Ingénierie, Matériaux, Procédés

Aide de l'ANR 447 313 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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