Polyamorphisme induit par la pression dans les verres métalliques à base de cérium

Polyamorphism pressure induced in the metallic glasses containing cerium

• Auteur / Autrice : Lila Belhadi
• Direction : Frédéric Decremps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transition de phase

Cérium

Verres métalliques

Résumé

Les verres métalliques suscitent un intérêt grandissant dû à leurs propriétés physico-chimiques remarquables par rapport à leurs homologues cristallins. Parmi eux, les verres métalliques à base de cérium (VM-Ce) se distinguent par l’existence de polyamorphisme sous pression (transition de phase entre phases amorphes avec changement de densité et de structure locale à la transition). Cette transition de phase amorphe-amorphe, inattendue dans ces systèmes à structure compacte, engendre des changements de structure sous pression qui n’ont pas été clairement identifiés. De plus, le rôle du cérium lors de cette transition semble décisif mais peu d’études ont été menées afin d’établir le lien entre les propriétés du cérium pur et le polyamorphisme des VM-Ce. Grâce à des mesures de diffusion élastique de rayons x à haute pression (0-15 GPa), nous avons prouvé l’existence de polyamorphisme dans Ce69Al10Cu20Co1. D’importantes modifications sous pression de l’environnement local du cérium ont été mises en évidence lors de mesures d’absorption de rayons x (EXAFS) au seuil K du cérium. D’autre part, nous avons confirmé la nature électronique de cette transition (délocalisation sous pression de l’électron 4f du cérium) par des mesures d’absorption de rayons x (XANES) au seuil L3 du cérium. Le cérium pilotant cette transition, nous avons mené une étude complémentaire sur le cérium pur qui a montré l’existence d’un point critique dans le diagramme p,T du cérium cristallin lié à la délocalisation de l’électron f. Cependant, aucun point critique n’a été observé dans le diagramme de phase (0-15 GPa, 300-340 K) de Ce69Al10Cu20Co1 par diffusion élastique de rayons x à haute température.

Metallic glasses are currently of growing interest worldwide due to their remarkable physicochemical properties with regard to their crystalline counterparts. Among them, the cerium based metallic glasses (Ce-MG) distinguish themselves by the existence of polyamorphism under pressure (phase transition between amorphous phases with change of density and local structure at transition). This transition, unexpected in these spatially compact systems, leads to structural changes under pressure which were not clearly identified. Furthermore, the role of the cerium constituent during this transition seems decisive but only few works studied the link between the properties of the pure cerium and the polyamorphism in the Ce-MG. Using x ray elastic diffusion techniques at high-pressure (0-15 GPa), we proved the existence of polyamorphism in Ce69Al10Cu20Co1. Important modifications under pressure of the local environment of the cerium were revealing by x ray absorption measurements at Ce-K edge. On the other hand, we confirmed the electronic nature of this transition (4f electronic delocalization under pressure) by x ray absorption measurements (XANES) at Ce-L3 edge. The cerium piloting this transition, we studied the pure cerium properties along the γ↔α transition, transition also induced by 4f electronic delocalization under pressure. This complementary work showed the existence of a critical point in the p, T diagram of crystalline cerium at the end of γ↔α transition line. However, our x ray elastic diffusion measurement did not show the occurrence of such a critical point in VM-Ce phase diagram (0-15 GPa, 300-340 K).