Modifications structurelles des verres sous déformation périodique par cisaillement

Structural Changes in Glasses under Periodic Shear Deformation

• Auteur / Autrice : Saheli Mitra
• Direction : Giuseppe Foffi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 23/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Martin Lenz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cristiano de Michele, Emanuela Del Gado, Francesco Piazza, Mehdi Bouzid
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cristiano de Michele, Emanuela Del Gado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordre et désordre (physique)

Transition vitreuse

Cisaillement (mécanique)

Rhéologie

Matière molle (physique)

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Systèmes vitreux

Hyperuniformité

Rhéologie

Bande de cisaillement

Simulation

Matière molle

Yielding

Glassy systems

Hyperuniformity

Rheology

Shear band

Simulation

Soft matter

Yielding

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié les changements structurels des verres subissant des déformations périodiques. Nous avons utilisé la dynamique moléculaire pour échantillonner des configurations liquides équilibrées de modèles de formation de verre binaire, puis cisaillé le système en utilisant un protocole quasi statique athermique avec des amplitudes maximales γ_max. À une certaine valeur γ_max=γ_y, le système cède, ce qui se manifeste par une transition de l’état absorbant à l’état diffusif. A l’état diffusif, le système consiste en une bande de cisaillement qui est un sous-volume localisé de déformation élevée du système. Le but de la thèse était d’examiner les changements dans les propriétés structurelles dans les états stationnaires de cisaillement cyclique à travers cette yielding transition. La caractéristique structure à longue portée est caractérisée par ''l’hyperuniformité'', qui décrit la suppression des fluctuations de densité. Nos résultats montrent que dans les états absorbants, le verre est hyperuniforme et au-dessus, le système se divise en deux phases hyperuniformes séparées par une interface qui coïncide avec la limite de la bande de cisaillement. Par conséquent, dans les sous-volumes à l’intérieur et à l’extérieur de la bande, nous avons une hyperuniformité mais dans la direction perpendiculaire à la bande, l’hyperuniformité est perdue. L’ordre structurel local a été examiné en calculant l’entropie excédentaire à deux corps par particule S₂ et la tétraédricité dans la structure local n_tet. Il a été constaté que les états absorbants ont un ordre local moyen plus élevé. De plus, à l’état stationnaire, les particules participant à des réarrangements plastiques plus importants ont en moyenne un ordre structurel local inférieur. En particulier, les particules engagées dans 12 tétraèdres (n_tet=12), associées à un empilement icosaédrique, tendent à rester immobile. En analysant le système en présence d’une bande de cisaillement, nous constatons que près de 30% des particules sont impliquées dans un agencement icosaédrique local hors de la bande de cisaillement alors que cette fraction tombe à <5 % dans la bande de cisaillement. Ce résultat marque la différence dispositions structurelles à l’intérieur et à l’extérieur de la bande de cisaillement.

In this thesis we have investigated structural changes in glasses undergoing periodic deformation. We have used molecular dynamics for sampling equilibrated liquid configurations of binary glass forming models and then sheared the system using athermal quasi static protocol with strain amplitudes γ_max. At a certain value of γ_max=γ_y the system yields, identified by a transition from absorbing to diffusive state. In diffusive state the system consists a shear band which is a high strain localized subvolume of the system. The purpose of the thesis has been to examine changes in structural properties in steady states of cyclic shear across this yielding transition. Long range structural feature is characterised by ''Hyperuniformity'', which describes suppression of density fluctuations. Our results show that in absorbing states the glass is hyperuniform and above yielding the system splits into two hyperuniform phases separated by an interface which coincides with the boundary of the shear band. Therefore, in the sub-volumes inside and outside the band we have hyperuniformity but in the direction perpendicular to the band, the hyperuniformity is lost. Local structural order was examined by computing per particle two-body excess entropy S₂ and tetrahedrality in local structure n_tet . It was found that absorbing states have higher mean local order. Additionally, in steady state particles participating in larger plastic rearrangements on the average have lower local structural order. Specially particles with n_tet=12, a number associated to icosahedral clustering, prefer to remain immobile. As we analysed the system in presence of shear band, we find that outside shear band almost 30% of the particles have local icosahedral clustering whereas inside shear band this percentage is very low (below 5 %) This result marks the different structural arrangements inside and outside shear band.