États métastables dans des verres modèles

par Benjamin Guiselin

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Ludovic Berthier.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec L2C - Laboratoire Charles Coulomb (laboratoire) et de Département Physique Théorique (equipe de recherche) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    Contexte scientifique : La mécanique statistique explique désormais aisément les transitions de phase se produisant dans des substances simples à l'équilibre thermodynamique. Mais la plupart des systèmes physiques d'intérêt évoluent loin de l'équilibre thermodynamique et sont caractérisés par l'existence d'un nombre exponentiellement grand (au lieu de seulement quelques-uns) d'états accessibles. Le défi théorique soulevé par un comportement hors-équilibre dans un paysage d'énergie rugueux est immense. L'étude des états vitreux de la matière incarne l'essence de cette complexité. Un verre (le prototype le plus abondant et le plus pertinent de l'état désordonné de la matière) est obtenu dès lors qu'un liquide est refroidi suffisamment rapidement pour ne pas cristalliser, ce qui se produit pour un grand nombre de fluides moléculaires, polymériques, ou colloidaux. Développer une compréhension physique qui explicite le lien fondamental entre désordre et dynamique de relaxation pour décrire la transition vitreuse est l'un des grands défis de la physique d'aujourd'hui. Descriptif de la thèse : Au cours de ce travail, l'outil de simulation numérique sera utilisé pour obtenir une compréhension détaillée de la nature et des propriétés physiques des états métastables amorphes de la matière qui sont responsables de sa dynamique lente. On caractérisera leur nombre (via l'entropie configurationelle), leur structure et leur évolution avec la température. Pour cela, nous explorerons des transitions de phase en présence de contrainte thermodynamique (construction de Franz-Parisi). Finalement, le but sera de déterminer la dimension critique inférieure de la transition vitreuse idéale, mais aussi d'obtenir une définition conceptuellement robuste des états métastables, accompagnée de mesures quantitatives précises de la nature des systèmes désordonnés à l'approche de leur transition vitreuse.

  • Titre traduit

    Metastable states in model glass formers


  • Résumé

    Scientific context: Nowadays, statistical physics easily explains phase transitions between simple components at thermodynamic equilibrium. Meanwhile, most systems of interest are far from thermal equilibrium and are characterized by an exponentially large number (instead of a few ones) of metastable states. Studying out-of-equilibrium systems in a rugous energy landscape is a very difficult problem to solve from a theoretical perspective. This complexity is well represented by the study of glassy phases of matter. A glass, which is a prototopic and ubiquitous disordered solid, is obtained when a liquid is cooled fast enough in order to avoid crystallization. This phenomenon happens for a very large number of molecular, polymeric or colloidal fluids. Developing a physical understanding that makes explicit the intricate relation between disorder and relaxation dynamics to describe the glass transition is one of the greatest challenges of modern Physics. Outline of the PhD: For this work, state of the art computer simulation methods will be used to obtain a detailed understanding of the nature and the physical properties of the amorphous metastable states of matter which can account for the slowing down of disordered materials. It will be possible to characterize their number (thanks to configurational entropy), their structure and their evolution with temperature. To do so, thermodynamically constrained phase transitions will be explored (Franz-Parisi construction). Eventually, the PhD aims at determining the lower critical dimension of the ideal glass transition, but also giving a robust definition of metastable states, along with quantitative measures of the nature of disordered systems close to their glass transition.