… des procédés d'élaboration et des comportements multi-physiques des matériaux fonctionnels, par des méthodes allant des simulations ab-initio à des modèles analytiques de type milieux continus, en passant par diverses méthodes numériques susceptibles de faire le lien entre le discret de l’échelle atomistique et les théories basées sur une structure continue.
Objectifs
Comprendre les mécanismes de croissance d’un film
Prévoir les comportements multi-physiques des matériaux en couches minces
Simuler la diffusion de la lumière par des nanostructures pour les caractériser
Elaboration de modèles de comportements
Descriptif
Les travaux de ce sous-thème sont focalisés sur le développement d’outils de modélisation des procédés d’élaboration en couches minces, de simulation des caractéristiques multi-physiques de ce genre de matériaux, d’étude de la formation et de l’agglomération des nanoparticules d'usure, ainsi que de simulation multi-physiques sur des nanomatériaux carbonés. L’idée de base est de mieux comprendre et de prévoir les lois de comportements de ces matériaux fonctionnels, ainsi que les paramètres optimaux pour leurs procédés de fabrication d’une part, d’utiliser la caractérisation optique des nanoparticules pour caractériser leur structure d’autre part.
Les propriétés physiques et mécaniques des matériaux intervenants sous forme de films minces dans les microsystèmes dépendent très fortement des conditions et des procédés d’élaboration. Il y a donc nécessité de quantifier les grandeurs caractéristiques dont dépend leur fonctionnement et de prédire leur fiabilité ainsi que leur intégrité.
Afin d’étudier les mécanismes de croissance d’une couche mince, un simulateur Monte-Carlo est développé. Cette simulation repose sur un mode de croissance de type Volmer-Weber et sur les différentes interactions possibles entre les particules pulvérisées, la densité et l’organisation des sites de nucléation, et la diffusion de surface. Grâce à un tel outil, il est possible de prévoir les caractéristiques structurales de films présentant une structure colonnaire à des échelles micro et nanométriques. De plus, le code développé permet d’appréhender l’orientation et l’architecture de la structure colonnaire lorsque ces couches minces sont déposées sous incidence oblique et sur substrat mobile (en relation directe avec la technique GLAD – Glancing Angle Deposition – du sous-thème I).
A plus long terme, nous comptons mélanger ces approches de type milieu continu d’une part et atomique et moléculaire d’autre part, dans des simulations multi-physiques et multi-échelles.
Mots clés
Modélisation, Monte-Carlo, dynamique moléculaire, fonctions réponse et tenseurs d’interaction, simulation de croissance, pulvérisation réactive, diffusion, lois de comportements multi-physiques, identification de paramètres, simulation numérique des conditions d’essais.
Outils numériques
Codes de type éléments finis, Monte-Carlo, Dynamique Moléculaire ou DDA (dipole-dipole approximation…