Contraintes topologiques et rigidité dans les verres - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2012

Topological constraints and rigidity in glasses

Contraintes topologiques et rigidité dans les verres

Abstract

Rigidity theory allows to predict the compositional behavior of many properties in glasses, while only considering their underlying network structure as simple mechanical trusses that can be exible, isostatic or stressed-rigid. Initially developped for chalcogenide glasses at zero temperature and ambient pressure, this theory has been progressively extended. In this thesis, we present a general method to analyze topological constraints from Molecular Dynamics simulations, this in order to be able to study the rigidity of more complex systems or experiencing new thermodynamical conditions. Thus, we show that our algorithm allows to study the rigidity of chalcogenide glasses as well as oxide glasses, while o ering a clear picture of the nature of the constraints at an atomic level. We also show that it makes it possible to follow their behavior with respect to composition, temperature and pressure. This method allows to track compositional rigidity transitions in systems and to highlight the existence of intermediate phases. We also report the existence of a pressure-induced intermediate phase and show that it is characterized by the same dynamical and structural signatures as usual intermediate phases driven by composition. Finally, we point out the strongly heterogeneous distribution of the constraints in the glassy network.
La théorie de la rigidité permet de prédire l'évolution en fonction de la composition de nombreuses propriétés des verres, en réduisant la structure moléculaire de ces derniers à de simples treillis mécaniques pouvant être flexibles, isostatiques ou rigides sur-contraints. Originellement développée pour les chalcogénures à température nulle et pression ambiante, cette théorie a été peu à peu étendue. Dans cette thèse, nous nous proposons d'établir une méthode générale d'analyse des contraintes topologiques par Dynamique Moléculaire, dans le but de pouvoir étudier la rigidité de systèmes plus complexes ou soumis à de nouvelles conditions thermodynamiques. Nous montrons ainsi que notre algorithme permet d'étudier aussi bien la rigidité des chalcogénures que des verres d'oxyde tout en off rant une image intuitive de la nature des contraintes à l'échelle atomique. Nous montrons également qu'il est possible de suivre le comportement de ces dernières en fonction de la composition, de la température et de la pression. Cette méthode permet de suivre en fonction de la composition les transitions de rigidité au sein des systèmes ainsi que de mettre en évidence l'existence de phases intermédiaires. Nous rapportons également l'existence d'une phase intermédiaire induite par la pression et montrons que cette dernière présente les mêmes signatures dynamiques et structurales que la phase intermédiaire traditionnelle en composition. En fin, nous mettons en évidence le caractère fortement hétérogène des contraintes topologiques au sein du réseau vitreux.
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Dates and versions

tel-00805762 , version 1 (28-03-2013)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00805762 , version 1

Cite

Mathieu Bauchy, Matthieu Micoulaut. Contraintes topologiques et rigidité dans les verres. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00805762⟩
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