Mathis Plapp

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mèl: Mathis.Plapp@polytechnique.fr


CROISSANCE DENDRITIQUE

Croissance dendritique: le mot "dendritique" est d'origine grecque: le mot grec dendron signifie arbre. Des dendrites sont des structures branchées, dont l'exemple le plus connu est sans doute le flocon de neige. Mais des processus similaires ont lieu durant le refroidissement d'alliages métalliques, d'oú l'intérêt pour la science des matériaux. L'enjeu consiste à comprendre les formes qui émergent en fonction des paramètres de l'expérience. Cette image a été obténue par simulation numérique utilisant la méthode du champ de phase pour la solidification d'une substance pure. Elle montre un cristal qui se développe à partir d'un germe sphérique sous l'influence de la tension superficielle anisotrope à symétrie cubique.


COLONIES EUTECTIQUES

Colonies eutectiques: Ces structures compexes en doigts consistent de deux solides différents, arrangés en lamelles fines (rouges et bleus). Des alliages eutectiques sont fréquemment utilisés en métallurgie, car ils présentent des températures de fusion particulièrement basses. Par exemple, l'alliage de soudure Sn-Pb est un eutectique. Le point eutectique correspond à la composition de l'alliage où la température de fusion est la plus basse. Le liquide ayant cette composition peut coexister avec deux solides de compositions différentes, et si on force le matériau à se solidifier, par exemple en le tirant vers une zone froide, les deux solides "coopèrent" en formant de fines lamelles ou bâtonnets. En présence d'une impureté ternaire supplémentaire, ce front eutectique devient instable, et on observe de larges superstructures, appelées colonies eutectiques. L'image montrée ici a été obtenue par des simulations numériques utilisant un modèle de champ de phase. La croissance est du bas vers le haut, et les doigts sont solide tandis que le haut est liquide. La concentration d'impuretés est montrée en vert, tandis que la composition du solide est encodé en rouge/bleu. Les régions jaunes et turquoises devant le solide montrent les champs de diffusion dans le liquide.


SPIRALES DE SURFACE

Spirales de surface: de nombreux cristaux croissent avec des interfaces facettées, sur lesquelles de larges terrasses d'arrangements planes d'atomes sont séparées par des marches bien localisées et hautes d'une cellule élémentaire. Sous ces conditions, la croissance a lieu par incorporation de nouveaux atomes aux marches. Durant la croissance epitaxiale, ce processus consiste de deux parties: les atomes sont d'abord adsorbés sur les terrasses et diffusent le long de la surface. Ils peuvent ensuite se décrocher de la surface et repartir ou arriver à une marche et joindre la structure cristalline. Les marches avancent quand elles recoivent des atomes; mais une marche peut être accrochée à une dislocation à vis et donner lieu à la formation d'une spirale de croissance. La dynamique complexe d'une telle spirale est simulée ici en utilisant une méthode de champ de phase. Les images montrent le développement de la spirale après 5, 20 et 50 révolutions du centre. La marche est montrée en noir; l'intensité d'orange est proportionnelle à la concentration atomes adsorbés.


DECOMPOSITION SPINODALE

Décomposition spinodale: ce processus, qu'on appèle aussi séparation de phases, se déroule quand on baisse rapidement la température d'un mélange de deux substances. Quand le mélange devient thermodynamiquement instable, les deux substances se séparent localement et forment des structures complexes et entrelacées, comme on peut voir sur l'image à gauche. Les autres images montrent l'évolution du système qui s'ensuit: comme dans la vie réelle, les grands mangent les petits: la diffusion amène du materiel des structures fortement courbes vers des interfaces plus plates. Ceci conduit à un grossissement de toutes les structures. Pour des temps longs, la longueur caractéristique d'un tel système croît souvent comme une loi de puissance. Les images ont été créées par une simulation d'une équation cinétique dérivée d'un modèle de gaz sur réseau.