La fusion d'un cristal moleculaire. Une etude par simulation numerique de la dynamique moleculaire

Melting fo a molecular crystal

• Auteur / Autrice : Anne Boutin
• Direction : Alain Fuchs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

La fusion d'un cristal, l'hexafluorure de soufre, est etudiee par simulation numerique de la dynamique moleculaire. Des simulations de divers systemes physiques issus d'un modele commun realiste, ont ete realisees sur un ordinateur a architecture parallele a base de transputers. Des etudes comparees de differents cristaux, en presence ou non de defauts ponctuels ou etendus ont permis de mettre en evidence le role joue par les interfaces dans le mecanisme de fusion. Ainsi, on a pu montrer qu'il existe clairement pour ce modele, une fusion de surface isotrope, conforme aux predictions basees sur les theories de champ moyen. Une caracterisation assez fine de la nature du pseudo-liquide de surface et de sa formation a pu etre realisee. La divergence de l'epaisseur de cette couche a l'approche de la fusion s'effectue selon une loi logarithmique unique, independante de la direction cristallographique de la surface. Une simulation d'un joint de grains a grand angle laisse penser que le mecanisme observe pour la fusion de surface peut s'etendre a la fusion d'interfaces internes. En l'absence de defauts, on observe une surchauffe du cristal et l'existence d'une limite superieure de stabilite thermoelastique. Ceci reste vrai lorsque des defauts ponctuels sont introduits. Les lacunes modifient les proprietes elastiques du systeme et conduisent a un abaissement lineaire de la temperature de transition solide-liquide mais ne modifient pas le mecanisme de fusion. L'absence de prefusion (apparition de liquide en dessous du point de fusion d'equilibre) autour de lacunes renforce l'hypothese selon laquelle l'initiation de la fusion d'equilibre necessite la presence de defauts cristallins etendus. Une etude preliminaire de systemes comprenant des impuretes en surface a permis de montrer la faisabilite de simulations de tels systemes mixtes. Le comportement des impuretes fictives introduites semble physiquement realiste mais les effets sur la fusion ne sont pas, pour l'instant decisifs