Modélisation de nanoalliages à base de platine : Co-Pt, système emblématique de l'ordre, et Pt-Ag, système hybride entre ordre et démixtion

A theoretical study of Pt-based nanoalloys : Co-Pt, typical ordering system, and Pt-Ag, hybrid system between ordering and demixion

• Auteur / Autrice : Alexis Front
• Direction : Christine Mottet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et Nanosciences
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM)
• Jury : Président / Présidente : Christian Ricolleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Andreazza, Ricardo Ferrando
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Creuze, Christine Goyhenex

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Démixtion

Ségrégation (matériaux granulaires)

Monte-Carlo, Méthode de

Mots clés libres

Nanoalliages

Monte Carlo

Ordre chimique

Potentiel semi-Empirique

Ségrégation

Nanoalloys

Monte Carlo

Chemical ordering

Semi-Empirical potential

Segregation

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude de deux systèmes, à la fois proches et différents par leur comportement : Co-Pt, système emblématique de l'ordre chimique, et Pt-Ag, système hybride présentant à la fois un ordre chimique et une tendance à la démixtion, ainsi qu'une forte tendance à la ségrégation. Afin de répondre à ces diverses questions, nous adoptons une approche semi-empirique à travers un potentiel à N-corps, permettant les relaxations atomiques, dans l'approximation du second moment de la densité d'états (SMA), couplé à des simulations Monte Carlo dans différents ensembles. Des agrégats de différentes tailles (allant de 1000 à 10000 atomes) et de différentes morphologies (octaèdre tronqué, décaèdre, ou icosaèdre) sont analysés en terme de composition chimique sur les différents sites inéquivalents (sommet, arête, facettes (100) et (111) et coeur) puis comparés aux systèmes de référence (surfaces, volume) sur toute la gamme de concentration. Pour le système Co-Pt, nous observons des structures ordonnées similaires à celles du volume pour le coeur et similaires à celles des surfaces pour les facettes. L'impact de la phase bidimensionnelle (√3×√3)R30◦ propre à la surface, est d'autant plus important sur l'ordre chimique au coeur que la nanoparticule est de petite taille. Pour le système Pt-Ag, nous observons une importante ségrégation de l'Ag en surface, ainsi qu'un enrichissement de Pt en sous-surface, et la stabilisation de la phase ordonnée L1₁ au coeur. Cette structure peut apparaître en un seul variant ou bien en adoptant tous les variants possibles, conduisant ainsi à une structure en pelures d'oignon.

Due to the correlation between atomic arrangement and physical properties, ordered nanoalloys are particularly interesting in the field of catalysis, magnetism, or optics. By reducing the system size, from alloy to nanoalloy, a lot of questions arise: Is chemical ordering conserved? What is the morphology of nanoalloys? What is the properties evolution as a size function? Is there a coupling between segregation and core ordering? This thesis is dedicated to two systems: Co-Pt, a typical example of ordering and Pt-Ag, hybrid system between ordering and demixion. To answer these questions, we performed Monte Carlo simulations in different ensembles with semi-empirical many-body potential within the Second Moment Approximation (SMA) of the density of states which allows atomic relaxations. Nanoparticles of different sizes (from 1000 to 10000 atoms) and shapes (truncated octahedra, decahedra, or icosahedra) are analyzed considering chemical composition on each site (vertex, edge, (111) and (100) facets and core) and compared to reference systems (surfaces and bulk) on the whole range of composition. For Co-Pt, we get ordered structures similar to the bulk ones and similar to surfaces for facets. The bidimensional phase (√3×√3)R30◦, purely due to surface effect, impacts core ordering, even more for small clusters. For Pt-Ag, we get a strong Ag segregation on surface coupled with a Pt sub-surface enrichment, and a stable L1₁ phase in the core. This ordered structure may appear with a single variant or with multiple variants, leading to an onion-like structure.